2015 Fiscal Year Annual Research Report
希ガスを用いた超低バックグラウンド多目的検出器の研究開発
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26707009
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
上島 考太 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (80605379)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / 希ガス / シンチレーション光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希ガスを用いた暗黒物質探索、太陽ニュートリノ観測、キセノンを用いた二重ベータ崩壊探索が行える多目的検出器の研究開発を行う。希ガス全体を極低バックグランド化するには、光センサーの放射性不純物によるバックグラウンドが問題となるため、光センサーを直接希ガスに浸すのではなく、光センサーを希ガスから遠ざける必要がある。希ガスのシンチレーション光は波長が真空紫外領域であるので、遠ざけた光センサーで読み出すには波長変換剤を用いて可視光に変換する必要がある。
今年度は直径20cmに大型化したプラスチックシンチレータ容器を開発し、冷却試験を行った。開発したクライオスタットに取り付け、７Kまで冷やせる事を確認した。またプラスチックシンチレータ容器外側に透明な断熱真空層を設置し、ネオンの液化温度25Kで15W以上の冷却能力がクライオスタットの開発に成功した。開発したプラスチックシンチレータ容器内に液化希ガスを導入するアクリルパイプの強度が十分でない事が判明し、アクリルパイプの強度を向上させるため、設計の再検討を行った。
今後強度を向上させたTPB波長変換剤を溶かし込んだプラスチックシンチレータ容器に液化希ガスを導入し、液化希ガスのシンチレーション光を可視光に変換して、液化希ガスから遠ざけた光センサーで読み出す。またプラスチックシンチレータの発光波形と液化希ガスのシンチレーション光の波形を区別する事により、極低バックグラウンドな検出器を開発する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は波長変換効率が高いTPB波長変換剤を溶かし込んだ直径20cmのプラスチックシンチレータ容器を開発し、液化希ガスを導入する予定であったが、TPB波長変換剤を溶かし込んでいないプラスチックシンチレータ容器での冷却試験、液化希ガスの導入試験の結果、希ガスをプラスチックシンチレータ容器に導入するアクリルパイプの強度が十分でない事が判明した。アクリルパイプの強度を向上させるため、プラスチックシンチレータ容器の形状の一部修正、アクリルパイプの肉厚を増やすなど対策をとり、再度波長変換剤を溶かし込んでいないプラスチックシンチレータ容器を用いて冷却試験を行うため、予定よりもやや遅れいている。
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| Strategy for Future Research Activity |
強度の向上については既に目処がたっており、真空紫外領域で波長変換効率の良いTPB波長変換剤を溶かし込んだプラスチックシンチレータ容器を開発し、液化希ガスの導入試験を行う。ネオン、アルゴン、キセノンの３種類の希ガスを導入し、それぞれのシンチレーション光を可視光に変換し、光センサーで読み出す。プラスチックシンチレータの発光波形と希ガスのシンチレーション光を区別し、どの程度波形弁別によりバックグラウンドを低減できるか評価を行う。大型液体シンチレータ検出器の中心に本研究で開発した希ガスを導入したプラスチックシンチレータ容器をセットすることで、希ガスの領域全体を極低バックグラウンドな環境にできるか評価を行う。
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| Causes of Carryover |
プラスチックシンチレータ容器の強度不足が判明したため、TPB波長変換剤を溶かし込んだ大型プラスチックシンチレータ容器の開発が遅れた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
TPB波長変換剤を溶かし込んだ大型プラスチックシンチレータの開発、液化希ガスの導入試験に使用する。
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