液体キセノン光子検出器のための小型パルス管冷凍機の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12047231
• Research Institution: The High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 春山 富義 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (90181031)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松原 洋一 日本大学, 理工学部, 教授 (80125062) ; 土井 義城 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究室, 助教授 (60044765)
• Keywords: パルス管冷凍機 / 液体キセノンカロリメータ / 粒子検出器 / 長期間連続運転 / パルス管方式比較

Research Abstract

μ→e^+γ実験に使用可能な高速・高分解能カロリメータの開発において、長期間にわたって大容量の低温液体キセノンを安定に保持することは重要な課題である。振動の少ないパルス管冷凍機で液体キセノンを液化することができれば、長期間にわたる安定な冷却、より高効率なシステムが期待される。今年度は主に次の2点を明らかにする研究を行った。
(1)蓄冷器と位相制御の最適化
蓄冷器とパルス間が分離しているU型のパルス管冷凍機を試作し、前年度開発したプロトタイプ同軸パルス管冷凍機(内側蓄冷器型)との性能比較を行なった。U型では蓄冷器とパルス館がそれぞれ独自に最適な温度分布を得ることができるため、同軸型に比べて損失が少なくなると考えられる。反面、製作に便利なベーク筒で蓄冷器を製作すると収納用管との間に空隙が残り、かえって損失を大きくする可能性があることなどもわかった。
(2)長期間にわたる液化キセノン再凝縮運転試験
今年度は大型プロトタイプクライオスタットを用いて長期間の連続運転を5回行なった。100L以上の液体キセノンを用いたビームによる実験および宇宙線実験では、冷凍機運転による蒸発キセノンガスの再凝縮運転を1回の実験当たり、2〜3週間近く連続で行い、冷凍能力や温度の安定性に影響を与える要因とその対策を確立した。新たな知見として、再凝縮冷却ヘッドの制御温度をキセノン固化温度より少し高めに設定しておくことにより長期間運転における実効冷凍能力の劣化を防ぐことなどを得ることができた。

Research Products

• [Publications] 春山富義: "粒子検出用液体Xenonシステムの研究(4) 〜Xenon再凝縮用パルス管冷凍機の性能試験〜"第64回2001年度春季 低温工学・超電導学会講演概要集. 26 (2001)
• [Publications] 春山富義: "粒子検出用液体Xenonシステムの研究(5) 〜大型プロトクライオスタットの冷却試験〜"第64回2001年度春季 低温工学・超電導学会講演概要集. 226 (2001)
• [Publications] T.Haruyama: "Boiling heat transfer characteristics of liquid xenon"Advances in Cryogenic Engineering. Vol.49. (2002)
• [Publications] 春山富義: "液体キセノン光子検出器用小型パルス管冷凍機の開発"第5回スターリングサイクルシンポジウム講演論文集. No.01-30. 117-118 (2001)
• [Publications] 春山富義: "粒子検出用液体Xenonシステムの研究(6) 〜性能比較用U型パルス管冷凍機の製作〜"第65回2001年度秋季 低温工学・超電導学会講演概要集. 278 (2001)
• [Publications] 春山富義: "粒子検出用液体Xenonシステムの研究(7) 〜パルス管冷凍機による長時間再凝縮試験〜"第65回2001年度秋季 低温工学・超電導学会講演概要集. 45 (2001)