2019 Fiscal Year Annual Research Report
超軽量・高電圧電極を備えた大型キセノンガス検出器の開発による０νββ崩壊探索
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18J20453
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉田 将 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | TPC / キセノン / ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊 / フィールドケージ / コッククロフト-ウォルトン回路 |
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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(0νββ)探索のため, 大質量崩壊核・高エネルギー分解能・背景事象除去という3項目を兼ね備えた検出器, 高圧キセノンガスタイムプロジェクションチェンバー(TPC)を開発し, 136Xeの0νββを高感度で探索できる技術を確立すべく研究を行っている. 今年度は, 前年度開発した10 L小型試作機用電場整形電極(フィールドケージ)を180 L試作機に導入し, キセノンガス4気圧での検出器運転を実施した. 4気圧下で目標電圧であるアノード-4 kV, カソード-10 kVを印加して, 大規模な放電を伴うことなく継続96時間の測定を行うことができ, 511 keVガンマ線によるエネルギー分解能評価に成功した. 得られたエネルギー分解能はキセノンガスTPCとしては世界最高レベルであった. また, 今後より高いエネルギーでの評価を実現するため, 180 L試作機全体を有感領域にできるサイズの大型フィールドケージを設計した.
圧力容器内部での高電圧生成に用いる予定のコッククロフト-ウォルトン(CW)回路については, 入力振幅を上昇させることで前年度の約2倍である-30 kVの生成に成功した. また, 10 L小型試作機に空気1 気圧を封じた状態でガス容器内のCW回路で高電圧生成を行い, 信号読み出し機構の光検出器MPPCにCW回路が与えるノイズの影響を評価した. 重畳するノイズはCW回路由来でないノイズと比較して十分小さいことを示し, 検出器のエネルギー分解能に悪影響を与えることなく内部高電圧生成機構としてCW回路が使用可能であると結論づけた.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度当初にガスの操作に使用しているポンプ3台が相次いで故障し, キセノンガスに大気が混入してしまった. キセノンは純度の悪化により発光量が著しく減少するため, このアクシデントによりキセノンを使用した検出器の評価が行えない期間があったことで, 全体の計画に遅れが生じた. その間, 大型フィールドケージの設計や空気中でのCW回路のノイズ評価など, キセノンを使用せずに進められる研究を進めており, 遅れを取り戻しつつある.
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度設計した大型フィールドケージを完成させCW回路と統合して180 L試作機に導入し, TPCとしての動作を確立する. 有感領域が拡大できるので, より高いエネルギーのガンマ線による性能評価が可能となる. キセノンの0νββにおけるQ値2458 keVに近いエネルギーで, 十分高いエネルギー分解能が達成できるよう, ハードウェアとソフトウェアの両面から研究を進める.
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