2016 Fiscal Year Annual Research Report
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25707015
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / キセノン / 電荷増幅 / 素粒子実験 / 宇宙線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究結果から、今年度は液体キセノン中でS2を発生させる電極として、ガラスエポキシのフレームに直径10μmの金メッキタングステン線を張ったワイヤー電極を開発した。このワイヤー電極をパルスチューブ冷凍機にを用いた検出器システムに導入し、まず、電圧を印加せずに、241Am線源のS1のスペクトルを測定し59.5keVのγ線のピークから発光量を求めたところ、昨年度までの1.5倍以上の、13.7p.e./keV というXMASS実験に近い発光量が得られた。キセノン導入時にゲッターへ2回通すようなシステムに改善した効果であり、S2発生のための電離電子をドリフトするのに十分なキセノンの純度を確保できた。実際に、ドリフト電場を印加してS1光量を測定したところ、4kV/cmで電場がないときに比べてS1発光量が約半分に減少することを確認した。
そしてワイヤー電極に徐々に高電圧を印加し、液体キセノン中での電荷増幅による発光がないかを観察したところ、印加電圧2kVと3kVの間でS2が発生し始めることを確認しワイヤーの電圧4.8kVでは、S2閾値での10倍以上の光量増加を確認できた。先行研究から得られているS2の発生に必要な電場の閾値の約400kV/cm にも一致している。検出されたS2はそのS1光量とドリフト時間4.8μSにピークを持つことから、241Am 線源の5.5MeVα線由来のS2であると考えられる。
本研究により液体キセノン中でのS2発生を検証できたことから、今後一相型液体キセノンシンチレータによる暗黒物質探索実験XMASSの検出器を改造して、電圧を印加できるような設計を推し進める。
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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
本研究の最大の目的であった液体キセノン中での電荷増幅による比例蛍光の発生・検出に成功し、一相型液体キセノンTPCによる暗黒物質検出器の開発を今後も推し進めていくことになったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後XMASS検出器へどのように電極を導入するか検討を進める。平成28年度までにワイヤー電極による電荷増幅に成功したが、ワイヤー型電極と針型電極を比較して実現しやすい方を選択する計画である。そこで一年間研究期間を延長して、針型電極の実験を行う。研究協力者のIoannis Giomataris氏(CEA,フランス)と検討を進め試験用のデザインが固まったところであり、平成29年度早々に実験に着手する。
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| Causes of Carryover |
平成28年度までにワイヤー型で電荷増幅による比例蛍光の観測に成功した。しかし、より最適な電場形成の実現を目指し、針型電極に関しても研究協力者のIoannis Giomataris氏(CEA,フランス)と検討をつづけており、デザインが固まり平成29年度にGiomataris氏が来日して共同実験を行うことになったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
以上で述べた実験に必要な針電極の製作、対高電圧フィードスルー等の物品の購入を行う。
また学会での成果発表や打ち合わせのための旅費として使用する計画である。
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