2020 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙暗黒物質検出器高感度化のための極低放射能技術の開発
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20H01931
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
風間 慎吾 名古屋大学, 高等研究院(素粒子), 特任助教 (40736592)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 雅樹 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 特任准教授 (10504574)
伊藤 好孝 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液体キセノン / SiPM / ハイブリッド光検出器 / 高抵抗薄膜 / TPC / ラドン / 半導体光検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、低ダークカウントSiPMの開発とその性能評価、PMTとSiPM両方の特徴を併せ持つハイブリッド光検出器の開発とその性能評価、さらには高抵抗透明薄膜を用いた電子ドリフトの実証実験を行った。
低ダークカウントSiPMに関しては、浜松ホトニクス社の協力のもと、低温でのダークカウントの原因となっているトンネル効果を抑制したSiPMの開発を行い、液体キセノン温度(-100度)での性能評価を行った。その結果、従来の製品と比べて6ー50倍近くダークカウントを抑制可能なことが判明した。
ハイブリッド光検出器に関しては、浜松ホトニクス社と共同で世界初のプロトタイプ検出器の開発を行い、室温での性能評価を行った。その結果、期待通りダークカウントを低減できていることが判明した。また検出効率の測定を行なったところ、光電子収集効率に強い位置依存性が見つかった。これは光電子収集電場が最適化されてないことが原因であり、今後プロトタイプを作成する際には、より詳細な最適化が必要であることが判明した。
高抵抗透明薄膜を用いた電子ドリフトは世界初の試みであり、必要となる高抵抗薄膜は、ジオマテック社の協力のもと石英ガラス上にスパッタリングで形成を行った。その後、この薄膜を用いて電子ドリフトを行うためのセットアップを作成し、実証実験を行った。その結果、真空中では期待通り電子をドリフトできていることが判明し、液体キセノン中での実験に向けて必要な装置の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
浜松ホトニクス社の協力により、期待通り光検出器の開発が進んだことが大きな要因である。ただし、ハイブリッド検出器に関しては、光電子収集効率に非一様性が見られたため、さらなる改善が必要である。
密閉型液体キセノン検出器開発においては、その第一ステップとして高抵抗薄膜を用いた電子ドリフトの実証が必要となるが、材料の選定や真空中での実証実験が期待通り進み、良い結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
低ダークカウントSiPMに関しては、同じコンセプトのもと真空紫外光用途に向けた開発が進行中であり、プロトタイプが作成でき次第、液体キセノン温度での性能評価を行う。
ハイブリッド光検出器に関しては、プロトタイプの低温での性能評価を行うとともに、光電子収集効率を最適化したプロトタイプの作成を行う。
密閉型液体キセノン検出器開発においては、石英ガラスを用いたラドン排除のためのセットアップを作成し、その実証を行う。
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