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

2022 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: 宇宙暗黒物質 / 極低放射能環境

Outline of Annual Research Achievements

2022年度も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と、シンチレーションフィルムによる性能向上を比較するためシンチレーションフィルムを組み合わせていない検出器の2種類を作成した。シンチレーションフィルムを組み合わせた結晶に関しては、前年度と比較してシンチレーションフィルムの厚さを変更したものを作成した。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。
2021年度に作成したシンチレーションフィルムを組み合わせた検出器については、神岡地下実験室で放射線源によるエネルギーキャリブレーションをおこない様々なエネルギーの線形性の確認を行った。さらに鉛シールド内に設置し長期測定を行うことでNaI結晶の内部に含有される放射性不純物量の測定を行った。その過程で、データ収集回路由来のノイズが観測されていることが判明した。データ収集系の電源にUPSを追加するなどの対策を行ったが改善があまり見られなかった。追加の対策としてデータ収集系とデータ記録装置の電気的な接続を切るための光データ転送回路の導入準備を開始した。そのような状況ではあったが得られた信号波形の解析によって、時間幅の短い光電子増倍管由来のノイズとNaI結晶の発光は明確に区別できることは判明した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2022年度の新規結晶作成において、結晶の潮解を防ぐためのケースなど原料となる金属製品の納品が遅れたために、結晶の納品が2022年度末ぎりぎりになり、2022年度作成した結晶の測定を開始することができなくなった。
2021年度に作成した結晶の観測は順調に行えているが、そのデータ解析においてデータ記録装置由来と思われるノイズにより、波形解析の性能に対する影響の調査が追加で必要となり若干の遅延が発生した。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は、データ記録装置由来のノイズを低減させるためにデータ収集系とデータ記録装置の通信を光データ転送回路に変更する。そのための新たなデータ記録装置の設置と環境構築、またその他のノイズ源の調査を行いノイズの影響を受けにくい計測環境の構築を行う。
2022年度に作成したシンチレーションフィルムを内包するものとしないものの同時計測を行い、シンチレーションフィルムによってバックグラウンド反応除去性能が向上するのかの判定を行う。放射線源を用いたキャリブレーションと神岡地下実験室の長期観測によって判定を行う。