2019 Fiscal Year Annual Research Report
Detection of positive ions in the gas detector to be applied for rare-events searchs
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17K18777
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
市川 温子 京都大学, 理学研究科, 准教授 (50353371)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 希ガス検出器 / 陽イオン検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
キセノンガスによるタイムプロジェクションチェンバー（TPC）検出器において、陽イオンを検出する新しい手法を開発する研究を進めている。キセノンガスTPCは高いエネルギー分解能を持つことが可能な検出器であるが、信号に用いる電離電子の拡散が大きいため位置分解能は高くない。電離電子とともに生成される陽イオンはドリフト中の拡散が小さいと予想される。陽イオンの検出法が確立されれば、暗黒物質やニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊崩壊探索に応用可能な、エネルギー分解能に加え空間分解能においても秀でたタイムプロジェクションチェンバーの実現へとつながる。
本研究では、負電圧を印加したワイヤ電極に陽イオンが到達した際に放出される二次電子が電場により逆方向に加速されキセノンガスと衝突し脱励起光を発生するという過程を用いて陽イオンを検出することを目指す。前年度、タングステンワイヤの電極を用いて１気圧のキセノン中で測定を行った所、デジタルオシロスコープにより陽イオンによると思われる信号を観測していた。
本年度は、デジタイザモジュールを用いたデータ取得系の改良により事象毎に10ミリ秒にわたる波形を連続取得することに成功した。また測定セットアップを改良し、テストに用いているアルファ線源からのアルファ線がワイヤ電極に平行に飛ぶようにした。これらの改良により、アルファ崩壊が起きて即座に放出されるキセノンからのシンチレーション光と、数ミリ秒後に陽イオンが電極に到達して放出される脱励起光の同時観測が可能となった。測定結果は、陽イオンが到達に要する時間が、アルファ線源から電極までの距離が10mmの場合で12ミリ秒、20mmの場合で17ミリ秒であり、過去の文献値から予想される陽イオンのドリフト速度と整合するものであった。よって、二次電電子による脱励起光による陽イオンの検出に成功したと結論される。
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