시간 투영 검출기(Time Projection Chamber: TPC)는 기체가 채워진 공간에 하전입자가 지나가면 기체 원자가 입자의 궤적을 따라 이온화하는 원리를 이용한다. 이온화 전자는 가해진 전기장을 거슬러가며 계속 이온화 과정을 반복함으로써 갈수록 더 많은 이차전자를 만든다. 그리고 검출기 내의 신호 취득 영역에는 기체 공간보다 훨씬 높은 전기장이 걸려 전자의 수가 급격히 증가한다. 검출기는 증폭된 전자들을 직접 모으거나 전체 전자구름의 유도전하를 읽는 식으로 전기신호를 만든다. 이때 입자의 궤적으로부터 도달한 전하량과 시간을 측정하면 입자 궤적을 3차원으로 재구성할 수 있다. 시간 투영 검출기에 전기장과 함께 자기장이 가해지면 하전입자는 나선형으로 진행하고 궤적이 휘는 정도를 측정하여 운동량을 재구성할 수 있다. 그리고 이온화 전자들이 기체 안에서 진행할 때 공간에 퍼지는 정도를 줄이면 공간분해능이 향상된다.
CENuM이 현재 연구하고 있는 시간 투영 검출기는 다음과 같은 세 가지이다. 첫 번째는 RAON의 LAMPS TPC 제작 전, 검출기의 특성을 자세히 조사하기 위해서 제작한 실제 크기의 1/8인 pTPC 시작품이다. 중이온가속기사업단은 pTPC 연구결과를 바탕으로 올해 안에 지름이 1 미터에 달하는 LAMPS TPC 본 검출기를 제작할 계획이다. 또 다른 검출기는 J-PARC의 E42 여섯 쿼크 입자 탐색 실험을 위한 HypTPC 이다. 연구진은 2020년 J-PARC 실험에 사용하기 위해 현재 HypTPC 개발에 박차를 가하고 있다. 마지막으로 CENuM은 RAON에서 수행될 낮은 에너지 핵합성 반응 실험을 위하여 능동형 표적 시간 투영 검출기(Active Target TPC: AT-TPC)를 개발 중이다. 이 검출기는 내부를 채운 헬륨이 스스로 표적이 되어 이온 빔과 핵반응을 한다. TPC에 일반적으로 사용하는 아르곤과 메탄의 혼합 기체 대신 헬륨을 사용하기 위해서는 여러 가지 주의가 필요하다. 우선 높은 전기장에서 방전을 줄이는 설계가 필요하고, 짧은 거리에서 낮은 에너지 입자들의 궤적을 정밀하게 측정할 수 있도록 공간 분해능이 좋아야 하며, 전하량을 광범위하게 측정할 수 있는 전자회로가 필요하다.
AT-TPC 실험을 위하여 설계한 헬몰츠형 초전도 전자석의 개략도이다. 전도냉각형 초전도 전자석 내부에 검출기를 설치할 원통형 공간의 지름과 길이는 각각 60 센티미터이고 자기장은 최대 1.5 테슬라까지 생성시킬 수 있다. AT-TPC에서 이온화 전자의 수를 늘리기 위하여 기체전자증폭기(Gas Electron Multiplier: GEM)나 마이크로 픽셀 챔버(μPIC)를 이용할 수 있다. GEM은 국내에서 CERN의 CMS 검출기를 위해 이미 개발이 완료되었고, μPIC는 PCB 기반으로 다층 구조의 신호처리 챔버를 개발해야 한다. CENuM은 초전도 전자석 제작을 완료한 후, 소형 TPC를 설치하여 우주선 성능시험을 실시할 예정이다.