1999 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
11740163
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Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
大谷 航 理化学研究所, イメージ情報技術開発室, 基礎科学特別研究員 (30311335)
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Keywords | 暗黒物質 / ニュートラリーノ / 超伝導トンネル接合素子 / フォノン |
Research Abstract |
暗黒物資の有力な候補であるニュートラリーノとの弾性散乱により検出器物質中の原子核は反跳を受ける。したがって高感度な核反跳検出器によって暗黒物質を検出することができる。暗黒物質ハローに対する地球の相対運動により、ニュートラリーノによる原子核反跳の方向は大きな異方性を持つと考えられ、もしこの異方性を検出することができれば暗黒物質探索実験の感度は大幅に向上する。現在開発中の新型ボロメーターは、検出器物質表面に多数配置した超伝導トンネル接合素子(STJ)で原子核反跳により生じる高エネルギーフォノンをとらえ原子核反跳の異方性を検出することを目的としている。平成11年度は高感度なSTJ素子の作製に成功した。作製したSTJ素子はアルミニウムトラップ層を持ったニオブ接合であり、6keVのX線に対するエネルギー分解能は20μmm角、100μmm角、200μmm角の素子サイズに対して、それぞれ41eV、58eV、65eVとなった。これは既存の半導体検出器のエネルギー分解能の理論限界を2倍から3倍上回る性能である。またSTJ素子信号の時定数は1μsec以下であり、原子核反跳によるフォノンのタイミング測定も十分可能であることを確認した。一方、100MHzFADCを用いた高速な波形の取り込みを実現し、詳細なオフライン解析を行い、STJ素子の上部電極と下部電極からの信号を効率よく識別することでSTJ素子の両電極からのスペクトルを分離することが可能になった。こういった高速な波形解析法の確立は、原子核反跳によって生じたフォノンをSTJによって検出する際に非常に有用である。
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[Publications] W.Ootani et al.: "Development of X-ray Detectors Based on Nb/Al/AlOx/Al/Nb Superconducting Tunnel Junctions"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. (出版中). (2000)
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[Publications] W.Ootani et al.: "First Results from Dark Matter Search Experiment in the Nokogiriyama Underground Cell"Physics Letters B. 461. 371-375 (1999)
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[Publications] W.Ootani et al.: "Tokyo Dark Matter Search Experiment with LithiumFluoride Bolometer"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. 436. 233-237 (1999)
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[Publications] T.Oku et al.: "High Resolution X-ray Detectors Based on Superconducting Tunnel Junctions with SQUID Readout"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. (出版中). (2000)
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[Publications] H.Sato et al.: "Development of Superconducting Tunnel Junctions with Al Trapping Layers for X-ray Detectors"Proceedings of 4th European Conference on Applied Superconductivity. (出版中). (2000)
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[Publications] C.Otani et al.: "Properties of Substrate Phonon Events in Superconducting Tunnel Junctions Induced by X-ray Absorption"Japanese Journal of Applied Physics. (出版中). (2000)