2014 Fiscal Year Annual Research Report
極微量ラドンの選択的な除去を目的とした狭線幅ナノ秒パルス真空紫外レーザーの開発
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25707020
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
岩田 圭弘 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 高速炉研究開発部門 大洗研究開発センター 高速実験炉部, 任期付研究員 (20568191)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ラドン / 共鳴イオン化 / 真空紫外レーザー / 光パラメトリック発生 / 暗黒物質 / 宇宙物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
キセノンを用いた暗黒物質の直接探索実験では、バックグラウンド低減に向けて検出器全体から定常的に発生するラドン(Rn)の連続的・選択的除去が必要不可欠である。本研究では、共鳴イオン化技術を用いたRn除去システムの構築を目指し、Rnの1光子共鳴励起に必要な高出力・狭線幅・波長安定性に優れたナノ秒パルス真空紫外(VUV)レーザーの開発が主な目的である。合わせて、XMASS検出器への適用性を検証する。平成26年度は、主に(1)Rnの1光子共鳴励起に用いる波長145.2 nm VUVレーザーの開発、及び(2)神岡坑内空気を試料としたRn共鳴イオン化観測の2点を実施した。
VUVレーザーの開発では、波長212.5 nm及び396.7 nmのナノ秒パルスレーザーをXe/Kr混合比約0.073に調整したKr/Xe混合ガスセル(ガス圧約1気圧)に集光照射し、共鳴四波混合により波長145.2 nmのVUV光を生成した。波長212.5 nmレーザー光の生成には昨年度に開発した共振器を組まない光パラメトリック発生(OPG)光学系を利用し、Krの2光子共鳴励起波長より0.01 nm程度短く調整したことで、局所的に位相を乱しVUV出力低下の原因となるKr+共鳴イオンの生成が抑制され、目標とするVUV出力10 μJ/pulse程度を得た。
Rn共鳴イオン化の観測では、開発したVUVレーザー及び波長532 nmのイオン化用レーザーを飛行時間型質量分析計に平行光で照射した。神岡坑内空気を活性炭濃縮した試料ガスを質量分析計に導入し、質量数222領域に観測されたピークがRn共鳴イオン化によるものか考察を行っている。
また、Rnとともに主な希ガス不純物であるKrの濃度定量に共鳴イオン化手法を適用し、Xe中に<1 ppt程度含まれる極低濃度Krの定量が可能な見通しを得た。
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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
平成26年度は3年間の研究計画の2年目であり、波長145.2 nm真空紫外レーザーの開発及び神岡坑内空気試料を用いたラドン共鳴イオン化観測の2点が主な目的である。前者については、当初の計画通り目標とする真空紫外光出力10 μJ/pulseが得られている。後者についてはラドン共鳴イオン化の実証に至るまで考察が必要な箇所も存在しているが、試料導入及びレーザー照射を含む基本的なセットアップ構築が完了していることから、当初の計画に沿っておおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたる平成27年度は、(i)平成26年度に引き続き神岡坑内空気を用いたラドン共鳴イオン化観測、(ii)電場除去システムの設計・XMASS検出器への適用性評価の2点を主に実施する。(i)を実施する上で、平成25年度に開発した共振器を組まない光パラメトリック発生(OPG)光学系を波長396.7 nmレーザー光の生成に適用し、最終的に狭線幅で波長及び出力安定性に優れた真空紫外レーザーの開発を予定している。(ii)については、XMASS関係者の協力を得て、XMASS検出器の設計をもとに共鳴イオン化手法の適用性評価を行う計画を立てている。
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| Causes of Carryover |
光パラメトリック発生（OPG）光学系を利用した波長396.7 nmレーザー光の生成を平成27年度に実施することとしたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
OPG光学系の構成に必要となる物品費（半導体レーザー、光学部品等）を次年度使用額から支出する予定である。
平成27年度分として請求した研究費については、当初の研究計画に従ってラドン共鳴イオン化の観測及び電場除去システムの設計に必要となる物品費等に充てる予定である。
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Research Products
(1 results)
