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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Study of Rn removal for dark matter search

Research Project

Project/Area Number 16H03973
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山下 雅樹  東京大学, 宇宙線研究所, 特任准教授 (10504574)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田阪 茂樹  東京大学, 宇宙線研究所, 協力研究員 (60155059)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords暗黒物質 / 液体キセノン / 低バックグラウンド
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、宇宙暗黒物質直接探索実験の検出器内部に放射性バックグランドとして存在するラドンを減らし、暗黒物質直接探索などの実験において感度を上げることが目的である。それを達成するためにキセノン中ラドン吸着の開発研究を行った。
暗黒物質直接探索実験XMASSでは神岡地下実験室に設置された液体キセノン・シンチレー ター(832kg)検出器を用い、我々の周りにも存在していると考えられる暗黒物質候補であるWIMPをはじめ様々な探索を行ってきた。主なバックグランドの一つに10μBq/kg程度のラドンが存在することが判明しており、次世代の数トンクラスの検出器ではではWIMP探索だけでなく暗黒光子探索、二重電子捕獲稀崩壊探索などあらゆる物理探索において主なバックグランドになる。暗黒物質の発見のためには今後ラドン源の削減やラドン自身を除去することが最も重要な課題の一つである。
本研究では吸着剤としてA社ナノ素材、UV-活性炭繊維、高純度シリカ、高純度チタニアを80L静電型ラドン検出を用いてキセノン中ラドンの除去率の測定を行った。常温での高純度チタニアは優位な除去率が見られなかったものの、その他の材料では低温になるほど除去率が上がり、約-100℃で50-90%除去率を達成することができた。
効果の高かったA社ナノ素材は神岡地下実験施設 Lab-C にてXMASS-I検出器実機の純化システムラインに設置を行った。A社ナノ素材は約 140gがステンレスハウジングに封入され、純化経路と流量を変えXMASS-I検出器を用いてラドンバックグランドの定量評価を行なった。観測中のデータで最も低いラドンバックグラウンドを達成することができたが、(約7μ/kg)予想よりも効果がなく、検出器内のラドン発生源としてあまり疑われなかった冷却器システムが原因である可能性が分かり、将来に向けての指標となった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Institute for Basic Science/KRISS(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Institute for Basic Science/KRISS
  • [Journal Article] A measurement of the scintillation decay time constant of nuclear recoils in liquid xenon with the XMASS-I detector2018

    • Author(s)
      Abe K.、Hiraide K.、Ichimura 、Kobayashi M.、Tasaka S.、Yamashita M. et al.
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 13 Pages: P12032~P12032

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1748-0221/13/12/P12032

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Search for sub-GeV dark matter by annual modulation using XMASS-I detector2018

    • Author(s)
      M. Kobayashi S. Tasaka M. Yamashita (XMASS Collaboration)
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: arXiv:1808.06177 Pages: -

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] XMASS実験:暗黒物質探索検出器用 純化装置の総括とバックグラウンドの評価2019

    • Author(s)
      山下雅樹
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] XMASS実験:暗黒物質探索の将来へ向けた開発研究2018

    • Author(s)
      山下雅樹
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] Recent results from the XMASS experiment2018

    • Author(s)
      K. Ichimura S. Tasaka M. Yamashita for the XMASS collaboration
    • Organizer
      4th International Conference on Science, Application and Technology of Xenon radiation detector (Tokyo)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 地下から探る暗黒物質2018

    • Author(s)
      山下雅樹
    • Organizer
      KEK セミナー
    • Invited
  • [Remarks] Yamashita's page

    • URL

      http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~yamasita_s/index.html

URL: 

Published: 2019-12-27  

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