重粒子線を用いた軽い新粒子探索のための検出器開発

• Project/Area Number: 19K14737
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 土川 雄介 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (60796423)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: マルチアノード型光電子増倍管 / シンチレータ / MA-PMT / 無機シンチレータ / X(17) / 小型電磁カロリメータ / 軽い新粒子 / X ボソン

Outline of Research at the Start

本研究では、近年報告された17MeV程度の非常に軽い質量をもつボソンをはじめとする新粒子の探索・検証を主目的とした、小型大立体角電磁カロリメータ検出器の開発を目指し、そのプロトタイプ検出器の研究開発を行う。
本検出器は、シンチレータとマルチアノード光電子増倍管を組み合わせることで入射粒子のエネルギー及び位置検出を行い、持ち運び可能な小型検出器としての開発を目指している。これにより将来的には、異なる実験施設に持ち運び、多彩なチャンネルでの未知粒子探索を行うことを目標とする。

Outline of Annual Research Achievements

前年度にリチウムガラスシンチレータを用いて行ったレート耐性試験を受けて、今年度は更に時定数の短いプラスチックシンチレータを用いたレート試験を行った。ホウ素を含有したプラスチックシンチレータに中性子ビームを照射することで、前年度試験と比較可能なデータを収集した。また、ソフトウェア面でのデータ収集系整備を行い、データ収集の自動化を実現、検出器用架台等も整備した。比較的時定数が短いリチウムガラスシンチレータであるが、更に瞬間最大計数率の向上が期待できるデータを取得した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

申請当初に計画していたビーム照射試験を中性子照射測定にシフトすることにより概ね達成され、更なる詳細な研究に発展している。シンチレータに中性子感度を持つリチウムやホウ素を含有したものを用いることにより、シンチレーション光の広がりを評価することが可能になっている。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

ビーム照射試験を行い、改めてシンチレータのエネルギー分解能、時間分解能評価を行う。シンチレータの厚さのみならず、種類毎の評価が可能になったため、それらのシンチレーション広がりを加味した空間分解能評価も視野に入れ、検出器性能をまとめることを目指す。