Development of the next generation dark matter detector with Xe-based mixture gases
Project/Area Number |
21K18623
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
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Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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Keywords | 暗黒物質 / キセノン検出器 / TPC / 宇宙素粒子 / ニュートリノ |
Outline of Research at the Start |
宇宙には暗黒物質が満ちていると考えられ、過去30年間にわたり探索実験が行われてきた。理論的に予想されるかなりの領域は探索されたが、未だ見つかっていない。現在最も感度のある検出器はキセノンを使ったものであり、本研究は今後世界で一つしか建設されないであろう超大型キセノン検出器による実験で残る領域を探索可能とする新たな手法の開発を目的とする。具体的にはキセノンにアルゴンやネオンといった異なる希ガスを混合した検出器の開発を行う。これにより、軽い暗黒物質への感度を上昇させたり、バックグラウンドとの識別能力を高めたりすることを期待している。
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Outline of Annual Research Achievements |
大型キセノンTPCによる暗黒物質探索実験で未踏領域のうち、暗黒物質の質量10GeV以上の「重い領域」では約3桁、10GeV以下の「軽い領域」で約6桁の感度向上が必要である。そのためのブレークスルーとなりうる「重い領域」と「軽い領域」両方を同一の検出器で探索可能とする新たな手法の開発を目的としている。引き続きキセノンやアルゴンとヘリウムやネオンといった重い希ガスと軽い希ガスを混合した暗黒物質検出器実現のためのガス容器とフィードスルーの開発を行った。特に希ガスだけの場合に放電が問題になるが、一番放電しやすい箇所がフィードスルーである。今年度は一般的なSHVのフィードスルーにガラスのチューブとカプトンシートで絶縁を強化したフィードスルーを試験した。導体の銅の棒の周りにガラスチューブを通し、さらにそれとGNDの間にカプトンシートを導入した。当初これまで同様に5kV程度の印加で放電が見られたが、ガラスチューブやカプトンを含む材料をアルコールと超純水で超音波洗浄することで放電が抑制され8kV以上の印加が可能となった。表面の汚染を元にした表面放電が主な原因であると思われるので、今後フィードスルーだけでなく、すべての構成要素の洗浄を行うことにする。また、読み出しのための光電子増倍管については、Xenon-nT実験で用いられている本体にXMASS実験で開発した高電圧分割回路を組み合わせ現状可能な限りの低放射線不純物のアセンブリを実現した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究はイギリスBirmingham大学のKonstantinos Nikolopoulos 、スウェーデンEuropean Spallation SourceのIoannis Katsioulasと共同で実施している。Nikolopoulosと Katsioulasが主にキセノンガスへのアルゴン・ネオンガス導入によるシンチレーション発光特性の調査を担当しているが、2022年度もコロナ禍により双方に行き来ができず、ガス試験を実施するところまでは至らなかった。しかし最重要の開発要素であるフィードスルーについてWeb会議を頻繁に行うことで双方で独立に実験を行い、放電を抑制する機構を確立するに至った。2023年度には神岡に長期に滞在してもらい、開発したフィードスルーを用いて一緒に実験する予定である。
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Strategy for Future Research Activity |
完成したフィードスルーを神岡に持ち込み、実際にキセノンベースのガスで高電圧印加を行う。放電抑制を確認した後、アルゴンガスと少量のヘリウムガスの混合を試みる。一方、液化後に使用する光電子増倍管のGe評価を行う。また、放電抑制のために光電子増倍管アッセンブリの洗浄方法を確立させる必要があり、高電圧分割回路を切り離し超音波洗浄に耐えうるかの確認を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)