高時間分解能ガス電子増幅型光検出器RPC-PMT用光電面の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
19H05099
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization (2020)
Nagoya University (2019) |
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Principal Investigator |
松岡 広大 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (70623403)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | 高時間分解能 / ガス電子増幅 / 光電面 / 光検出器 / ガス増幅 / 時間分解能 / ニュートリノレス二重ベータ崩壊 |
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| Outline of Research at the Start |
原子核内の中性子がほぼ同時に陽子になる崩壊過程で、通常放出されるはずのニュートリノが放出されない崩壊が見つかれば、反物質が現在の宇宙に存在しない謎の解明に向けた大きな一歩となり得る。その崩壊を高感度で探索するための新しい手法を用いた実験を実現するために、本研究では、ガス増幅機構を備えた新型の光検出器を開発する。まず、高感度かつガス中でも使用できる数種類の光電面を試作・評価し、最適なものを選定する。そして、その最適な光電面を組み込んだ光検出器を試作し、その光子検出効率と時間分解能を評価する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊（0ν2β崩壊）が見つかれば、宇宙の物質・反物質非対称性の謎を解明する大きな手掛かりとなる。私は、ベータ線の飛行時間を超精密に測定する新しい手法を用いることで、世界最高感度での0ν2β崩壊の探索を目指している。しかし、大面積を高時間分解能の光検出器で覆う必要があるため、私は荷電粒子検出器RPC（Resistive Plate Chamber）を応用して、安価・大面積・高時間分解能の3拍子揃った新種のガス電子増幅型光検出器「RPC-PMT」を考案した。本研究では、RPC-PMTに適したガス中でも安定で高い量子効率を持つ光電面を選別するとともに、RPC-PMTのガス電子増幅に関わる性能を評価し、他の光電子増倍機構よりも優れていることを示す。
高い量子効率を持つ光電面はアルカリ金属を含むので、まずPRC-PMTで使用するガスがアルカリ金属を変性させないことを確認する必要がある。従来使用してきたR134aとSF6の混合ガスはアルカリ金属を変性させることがわかったので、先行研究で実績のあるNeとCF4の混合ガスを使用することにした。そして、バイアルカリ光電面を持つ光電管に高抵抗板電極を導入し、NeとCF4の混合ガスを封止したRPC-PMT試作機を製作した。
また、ガス電子増幅に関わる性能を、動作実績のあるLaB6光電面とR134aとSF6の混合ガスのRPC-PMT試作機を用いて評価した。ピコ秒パルスレーザーを用いた1光子の検出において、出力が大きい信号については、レーザーのパルス幅と読み出し回路の時間分解能による幅と同じ40ピコ秒の時間分解能が得られた。しかし、出力が一定以上になると、信号タイミングがずれることがわかり、その原因を波形データを使って調査している。ストリーマ放電を含む信号については、波形を解析することによりその影響を除くことができた。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
