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液体キセノン中のチェレンコフ光の分光測定と大規模宇宙素粒子実験への応用

Research Project

Project/Area Number 22K03651
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

中村 正吾  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50212098)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords液体キセノン / チェレンコフ光 / 分光測定
Outline of Research at the Start

液体キセノンは真空紫外領域から近赤外領域まで透明で,幅広い波長域でチェレンコフ光を発生し得る。本研究では,液体キセノン中でβ線により発生するチェレンコフ光の発光スペクトルを,超高感度な分光測光技術を導入して世界で初めて高精度で実測する。そしてその知見に基づき,液体キセノン検出器の一般的特性の理解を深めると共に,液体キセノンを大規模に用いる最先端の宇宙素粒子実験でのチェレンコフ光の利用を推進する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では,液体キセノン(LXe)中で発生する微弱なチェレンコフ光について,真空紫外(VUV)の約160nmから近赤外(NIR)の約1000nmまでの広い波長領域で分光測定してスペクトルを求める。そして得られたスペクトルの情報から,LXe中を高速走行する荷電粒子を弁別する可能性を議論し,LXeを大規模に用いる暗黒物質探索や2重β崩壊探索,太陽ニュートリノ観測など,高速の電子の発生を伴うイベントの弁別が有用と考えられる最先端の宇宙素粒子実験でのチェレンコフ光の利用を推進する。
チェレンコフ光の分光測定は,LXeにチェッキングソースの放射線を入射して,VUV分光器と冷却CCDカメラを組み合わせた分光測光系で行なう。チェレンコフ光はシンチレーション光の約100分の1の強度の微弱光のため,シンチレーション光の寄与も正確に評価して差し引く。
2年目である今年度は,年度当初に主要な実験装置であるVUV領域対応の分光測光系の故障に見舞われたが,その原因追究に多くの時間を費やし,多大な費用を掛けて故障の原因となったVUV領域対応の冷却CCDカメラを製造国の米国で修理することで,最終的に2023年末までに分光測光系を復旧させることが出来た。その間,可視領域からNIR領域対応の分光測光系を用いてSr90線源のβ線がアクリル材に入射する際に発するチェレンコフ光を分光測定する試験を行い,アクリル材の形状によって微弱な分光光の強度が大きく変わる現象を確認して,その機構を明らかにした。また,VUV分光器内の迷光を抑制するバッフルも開発した。これらの有用な知見は,2023年8月に開かれたSMART2023研究会と2024年1月に開かれた研究会「放射線検出器とその応用」で発表した。また,本研究計画全体の意義と現状,および今後の見通しについて,2023年秋の日本物理学会で発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

年度当初に主要な実験装置であるVUV領域対応の分光測光系が故障し,その原因追究と修理に多くの時間と多大な費用を費やさざるを得なくなって,研究計画の変更を余儀なくされたため。

Strategy for Future Research Activity

延期していた凹面回折格子の導入は,年度当初に予想していなかった冷却CCDカメラの修理を優先させたことで予算的に不可能になったが,その一方で,チェレンコフ光を分光測定する際の測定効率を飛躍的に上げる手法を新たに見出したので,その手法を利用することで既存の凹面回折格子で当初の計画と同等の成果を得ることを目指す。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Presentation] 瀬谷-波岡型分光器と冷却CCDカメラを用いた真空紫外分光測光システムの研究2024

    • Author(s)
      伊藤由紘, 中村正吾, 谷山天晴, 出石汐里, 佐藤和樹, 笠見勝祐, 斎藤究, 佐々木慎一, 春山富義, 三原智,森山茂栄
    • Organizer
      研究会「放射線検出器とその応用」(第38回)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 分光測光系の強度較正のためのチェレンコフ光源の研究2024

    • Author(s)
      佐藤和樹, 中村正吾, 谷山天晴, 出石汐里, 伊藤由紘, 笠見勝祐, 斎藤究, 佐々木慎一, 春山富義, 三原智, 森山茂栄
    • Organizer
      研究会「放射線検出器とその応用」(第38回)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 液体キセノンの近赤外発光の研究2024

    • Author(s)
      中村正吾, 谷山天晴, 出石汐里, 伊藤由紘, 佐藤和樹, 中畑雅行, 森山茂栄, 齋藤究, 佐々木慎一, 三原智, 笠見勝祐
    • Organizer
      令和5年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果発表会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 液体キセノンシンチレータの発光スペクトル測定のための分光測光系の構築2023

    • Author(s)
      出石汐里, 伊藤由紘, 佐藤和樹, 谷山天晴, 中村正吾, 笠見勝祐, 斎藤究, 佐々木慎一, 春山富義, 三原智, 森山茂栄
    • Organizer
      SMART2023研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 真空紫外領域におけるシンチレータの発光スペクトル測定と測光系の較正2023

    • Author(s)
      伊藤由紘, 出石汐里, 佐藤和樹, 谷山天晴, 中村正吾, 笠見勝祐, 斎藤究, 佐々木慎一, 春山富義, 三原智, 森山茂栄
    • Organizer
      SMART2023研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] シンチレーション光の分光測光系のチェレンコフ光を利用した強度較正2023

    • Author(s)
      佐藤和樹, 出石汐里, 伊藤由紘, 谷山天晴, 中村正吾, 笠見勝祐, 斎藤究, 佐々木慎一,三原智, 春山富義, 森山茂栄
    • Organizer
      SMART2023研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 液体キセノン中のチェレンコフ光の分光測定の準備2023

    • Author(s)
      中村正吾, 谷山天晴, 出石汐里, 伊藤由紘, 佐藤和樹, 笠見勝祐, 斎藤究, 佐々木慎一, 春山富義, 三原智, 森山茂栄
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 液体キセノンの赤外発光の測定-102023

    • Author(s)
      谷山天晴,中村正吾,小林和哉,吉本圭佑,出石汐里,笠見勝祐,斎藤究,佐々木慎一,春山富義,三原智,森山茂栄
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 液体キセノンの赤外発光の測定-92022

    • Author(s)
      谷山天晴,中村正吾,小林和哉,吉本圭佑,出石汐里,笠見勝祐,斎藤究,佐々木慎一,春山富義,三原智,森山茂栄
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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