2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of solid xenon TPC for a polarized direct dark matter search
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20K20919
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
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) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / 液体キセノン / 固体キセノン / 低温検出器 / 核偏極実験 / 検出器開発 / 国際協力 / 非加速器素粒子物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固相キセノンを用いた新しい暗黒物質直接検出器の開発を目指して、本年度はまず低温、真空系の整備を含む実験セットアップの構築を行った。液体キセノンを用いる他の開発プロジェクトと連携して低温、真空のインフラ整備を連携して進め、断熱真空容器やガス・真空系の導入を行い、液相/固相キセノンを導入する環境の構築をひととおり行った。
また、キセノンを液化・固化するための石英容器の概念設計と試作を行った他、タイムプロジェクションチェンバー(TPC)の設計を開始し、電場シミュレーションにより電極の設計を行った。薄膜電極をスパッタした石英基盤を用いたドリフト電場により、キセノンガス中での電子ドリフトを実証し、固体キセノン自身を保持する石英容器自身を電極とする新たなTPC検出器の概念実証を行った。また、石英容器を内包した液体キセノンTPCプロトタイプ検出器を初めてTPCとして動作させた論文が出版された。
さらに、2020年９月より、次期第３世代の液体キセノン暗黒物質直接探索実験を国際協力で計画しているDARWINグループに正式に参加し、これらの新しい液体キセノン検出器の開発要素やアイデアを議論、実現していく場を広げた。
一方、キセノン核偏極を用いた暗黒物質検出の構想、実現性について、核偏極実験の専門家と議論を行った。Hyperpolarized Xe129の手法により高い偏極度で実現できることが確立しているが、高温のルビジウムガスと混合した状態から固相キセノンを大量に生成することは大きなチャレンジである。液相または固相キセノン状態を直接偏極させる新たなアイデアを検討している。
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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
液体・固体キセノンを導入するための冷凍系、真空系、温度コントロール、ガス配管等のテストベンチを既存設備等を活用して立ち上げることができた。また、固体キセノンを保持するための石英容器試作や小型TPCの電場設計等など準備は順調に行われている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、液体キセノンの導入と回収を可能にする圧力容器の作成と設置を行った後、実際の液体キセノン導入から固化を行う。まず、既存の液他キセノン純度モニターのセットアップを転用し、固体キセノンを作成し電子ドリフト性能の測定を行う。同時に現在他プロジェクトで進めている石英容器を用いた密閉型TPC検出器を転用して、気相固相２相型TPCの動作をおこなう。これらと並行して、偏極キセノン核の専門家と定期的に議論を持ち、偏極を利用した新しい暗黒物質直接探索の構想を練る。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額については５２７８円と概ね０円であるが、液体窒素の使用量など不定性があり、前倒しで予め購入しておけるものでないため、止むを得ない残額である。次年度の真空部品消耗品として使用する予定である。
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