[논문 리뷰] Nuclear emulsion readout system HTS aiming at scanning an area of one thousand square meters

Masahiro Yoshimoto, Toshiyuki Nakano외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 22.

Neutrino Physics Research참고 문헌 6인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 초광각 복합 렌즈를 갖춘 고속 핵 에멀전 독출 시스템인 하이퍼 트랙 시lector(Hyper Track Selector, HTS)를 제시한다. 이 시스템은 4700 cm²/h의 스캔 속도를 달성하여 이전 시스템 대비 약 100배 빠르며, 뉴트리노 및 입자물리 실험에서 대규모 응용이 가능하다.

ABSTRACT

Automatic nuclear emulsion readout system has made remarkable progress for almost 40 years since the original idea. After the success in its full application to large-scale neutrino experiment OPERA, much faster readout system HTS (Hyper Track Selector) have been developed. The HTS, which has a extremely wide field objective lens, reached a scanning speed of 4700 cm$^2$/h which is nearly 100 times faster than the previous system, and therefore is strongly promoting a lot of new experimental projects. We will describe the concept, specifications, system structure, and achieved performance in this paper.

연구 동기 및 목표

• 기존 수동 및 느린 자동 스캔 방식의 한계를 극복하기 위해 더 빠른 핵 에멀전 독출 시스템을 개발하는 것.
• 차세대 고스루풋 입자물리 실험에 적합한 핵 에멀전의 실용적 응용을 가능하게 하는 것.
• 기존 기술 대비 크게 향상된 스캔 속도를 달성하여 기존 기술 대비 약 100배 향상된 성능을 목표로 하는 것.
• 1,000㎡까지의 영역을 효율적이고 정확하게 스캔할 수 있는 시스템을 설계하는 것.

제안 방법

• HTS는 초광각 복합 렌즈를 사용하여 한 번의 스캔으로 큰 영역의 핵 에멀전을 촬영함으로써 단위 면적당 스캔 시간을 감소시킨다.
• 고해상도 및 정렬 유지에 기여하는 고도로 발전된 광학 및 기계적 설계를 사용한다.
• 입자 궤적을 에멀전 필름에서 고정밀도로 탐지하기 위해 자동화된 영상 촬영 및 처리 파이프라인을 통합한다.
• 고스루풋 스캔을 최적화하여 최대 4700 cm²/h의 속도로 연속 작동이 가능하다.
• 뉴트리노 물리 실험과 같은 대규모 실험 설정에의 통합과 확장성을 지원하는 아키텍처를 구현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초광각 복합 렌즈를 사용한 고스루풋 핵 에멀전 독출 시스템이 도달할 수 있는 스캔 속도는 얼마인가?
• RQ2 HTS 시스템은 이전 독출 시스템과 비교해 성능 면에서 속도와 확장성 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ3 큰 영역의 에멀전을 스캔할 때 HTS 시스템은 충분한 해상도와 정확도를 유지할 수 있는가?
• RQ4 어떤 시스템 아키텍처가 HTS가 약 100배 향상된 스캔 속도를 달성하는 데 기여하는가?

주요 결과

• HTS 시스템은 4700 cm²/h의 스캔 속도를 달성하여 이전 시스템 대비 거의 100배 향상된 성능을 보였다.
• 초광각 복합 렌즈의 사용으로 해상도를 희생시키지 않고도 큰 에멀전 영역을 효율적으로 커버할 수 있었다.
• 시스템의 설계는 연속적인 고속 스캔을 지원하여 뉴트리노 물리 실험과 같은 대규모 실험에 적합하다.
• HTS는 대규모 에멀전 영역 분석에 소요되는 시간을 극적으로 단축시켜 새로운 실험 프로젝트의 실현 가능성을 높였다.