背景事象識別能力を有する高感度シンチレーターによる宇宙暗黒物質探索

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01104
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 池田 晴雄 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (90400233)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: NaI結晶 / 極低放射能環境

Outline of Annual Research Achievements

宇宙暗黒物質は古くからその存在が示唆されているが、観測を肯定・否定する様々な実験が存在し混沌とした状況が続いている。本研究ではNaI(Tl)結晶による観測を他実験以上の高感度で行うことで、短期間で宇宙暗黒物質の観測問題に対する解決を図る。2021年度は宇宙暗黒物質を探索するための高純度NaI結晶の作成と背景事象を感知するためのシンチレーションフィルムを組み合わせた検出器を作成した。高純度NaI結晶の作成には、これまで本研究代表者も参画するPICOLON Projectで開発された純化手法を用いた。これとシンチレーションフィルムを組み合わせたハイブリッド検出器の作成に成功した。このハイブリッド検出器のデータを取得するための高電圧電源と波形取得装置、データ集積用のパソコンを用意し、データ取得が開始できる環境を構築した。
信号の分別感度向上のためには測定環境の低ノイズ化が必須であり、オシロスコープによって環境ノイズを測定し、ノイズ除去のための対策としてグラウンド結線やUPSを用いた電源系統の分離などを行った。
観測環境の極低放射能化がハイブリッド検出器の性能評価や、ゆくゆくは宇宙暗黒物質探索にいても重要となる。そのためには環境をモニターし続けることにより環境の変化や汚染に素早く気づいて対策をとる必要がある。環境モニター用のロガーを用意し、温度、湿度などの基本的なデータからセンサーを用いた観測まで対応できる環境を構築した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2021年度はNaI検出器の作成可能性の確認と計測環境の構築が主目的であり、それについてはおおむね達成している。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は、2021年度に作成した高純度NaI結晶と背景事象を感知するためのシンチレーションフィルムを組み合わせた検出器の性能確認を行う。それによって、宇宙暗黒物質の観測感度を向上させるための改善点を洗い出し、設計や作成の部分についての改良を行った高純度NaI結晶と背景事象を感知するためのシンチレーションフィルムを組み合わせた検出器の作成を行う。観測環境の極低放射能化に向けて、洗浄やシールド強化などを行う。