暗黒物質探索実験のための大容積微細三次元飛跡検出器(大型マイクロTPC)の開発

• Project/Area Number: 16684004
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 身内 賢太朗 京都大学, 大学院理学研究科, 助手 (80362440)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥24,830,000 (Direct Cost: ¥19,100,000、Indirect Cost: ¥5,730,000); Fiscal Year 2006: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2005: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000); Fiscal Year 2004: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
• Keywords: マイクロバターンガス検出器 / 二次元画像装置 / TPC / 暗黒物質 / 地下実験 / マイクロパターンガス検出器 / ガス検出器 / タイムプロジェクションチェンバー

Research Abstract

平成18年度の研究では、平成17年度までに製作した30cm角マイクロTPCの(1)基礎評価(2)暗黒物質検出器としての詳しい性能評価、(3)地上実験室での暗黒物質探索実験、(4)地下実験の開始、を行った。
(1)平成17年度までに製作した30cm角マイクロTPCに標準的なアルゴン+エタンの混合ガスを封入、エネルギー分解能、位置分解能などの性能評価を行い、結果を平成18年7月にイタリア・ピサで行われた第八回放射線検出器国際会議(IWORID8)にて口頭発表した。
(2)標準的なガスでの基礎評価を終えた30cm角マイクロTPCに、暗黒物質探索実験で使用するCF_4ガスを0.2気圧で封入、暗黒物質探索のための詳しい性能評価を行った。具体的には、上記測定に加えて長期安定性、絶対検出効率の測定、検出効率の飛跡方向依存性、ガンマ線事象の排除カ、を測定した。この結果、暗黒物質探索実験に十分な性能を有する検出器であることが示され、結果を第六回暗黒物質検出国際会議(IDM2006)にて口頭発表した。この会議では同様な手法を用いて研究を進めている英国グループの発表もあった。本科研費の開始した平成16年の同会議(IDM2004)では英国グループにリードされていたが2年間の研究で英国グループの有する検出器の性能を上回る検出器を完成させたことが判明した。
(3)完成した30cm角マイクロTPCを用いて、地上実験室での暗黒物質探索実験を行った。地上であるために中性子バックグラウンドによって暗黒物質への感度が制限されているが、方向に感度を持つ手法としてはじめて暗黒物質と通常の物質との反応率に対して制限をつけた。この結果を論文としてまとめ、Physics Letters B誌に投稿した。
(4)30cmマイクロTPCを平成19年1月に東京大学宇宙線研究所神岡宇宙粒子地下実験室に設置、宇宙からの放射線バックグラウンドが低い条件下での観測を開始した。

Research Products

• [Journal Article] Simulation study of electron drift and gas multiplication in Micro-Pixel Chamber (2005)
  • Author(s): T.Nagayoshi, K.Miuchi (11人中4番目)他
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 546 Pages: 457-465
• [Journal Article] Development of an advanced Compton camera with gaseous TPC and scintillator (2005)
  • Author(s): A.Takada, K.Miuchi (11人中4番目)他
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 546 Pages: 258-262
• [Journal Article] Development of μ-PIC as a time-resolved X-ray area detector (2005)
  • Author(s): Atsushi Takeda, Kentaro Miuchi (10人中4番目)
  • Journal Title: Journal of Synchrotron Radiation 12 Pages: 820-825
• [Journal Article] Performance and applications of a micro-TPC (2004)
  • Author(s): K.Miuchi(11人中1番目)他
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol.535 Pages: 236-241
• [Journal Article] Time projection chamber based on micro-pattern detector for neutron time-resolved imaging (2004)
  • Author(s): T.Tanimori, K.Miuchi(8人中3番目)他
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol.529 Pages: 373-377
• [Journal Article] Development of an ASD IC for the Micro Pixel Chamber (2004)
  • Author(s): R.Orito, K.Miuchi(9人中4番目)他
  • Journal Title: IEEE Transactions on Nuclear Science, 51巻4号 Pages: 1337-1342
• [Journal Article] Development of μ-PIC and its imaging properties (2004)
  • Author(s): T.Nagayoshi, K.Miuchi(10人中3番目)他
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol.525 Pages: 20-27
• [Journal Article] Detecting the WIMP-wind via spin-dependent interactions (2004)
  • Author(s): T.Tanimori, K.Miuchi(7人中3番目)他
  • Journal Title: Physics Letters B Vol.578 Pages: 241-246
• [Journal Article] Performance of the micro-TPC for the time-resolved neutron PSD (2004)
  • Author(s): K.Miuchi(8人中1番目)他
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Vol.517 Pages: 219-225
• [Journal Article] 微細加工技術を用いたガス・マイクロパターン検出器μ-PICの開発とその応用 (2004)
  • Author(s): 永吉 勉, 身内 賢太朗, 窪 秀利, 谷森 達
  • Journal Title: 高エネルギーニュース 第23巻1号 Pages: 1-6
• [Journal Article] Development of Gaseous Tracking Devices for WIMPs Search
  • Author(s): H.Sekiya, K.Miuchi 他(13人中5番目)
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Researth A preprint : arxiv.org physics/0601568 (印刷中)
• [Journal Article] A very large area Micro Pixel Chamber
  • Author(s): A.Takada, K.Miuchi 他(13人中5番目)
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A (印刷中)
• [Journal Article] Performance of a time-projection chamber with a large-area micro-pixel-chamber readout
  • Author(s): K.Miuchi 他(11人中1番目)
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A preprint : arxiv.org physics/0701085 (印刷中)