公募研究
新学術領域研究(研究領域提案型)
検出器からの表面α線は極低BG環境の実験において問題である。方向感度を持つ暗黒物質の探索実験において、検出器表面のα線イメージ分布は背景雑音事象を理解でき除去することができるため重要な情報となる。本研究はμ-TPC技術によるα線イメージ分析装置を開発し、測定感度1/1000 α/cm2/hrを達成した。この技術を本研究領域のネットワークに連結することで、相補的に研究を加速できる。本研究は、測定感度を1/10000 α/cm2/hrに改善し、次世代実験のためのα線イメージ分析を遂行する。
本研究である極低放射能における表面アルファ線イメージ分析装置開発に向けて、従来の装置を用いて本研究領域の計画実験のための分析と性能改善のための研究を並行して進めた。本年度前半は、高さを半分にしたフィールドケージを据え変えてシステムを改善した。評価用アルファ線源を用いてエネルギー分解能、位置分解能をそれぞれ評価した。ケージを入れ替える前に比べて、電子ドリフト距離が半分になったため分解能が7mmから5mmへ改善されクリアな画像が得られた。線源を入れないバックグラウンド測定によって、装置の分析感度を評価試験した。1ヶ月の測定で2.4×10^[-3] alpha/cm2/hr (90%CL)の測定限界を達成した。本年度後半では、新システムでの分析運用を開始した。地下実験の分野を超えて、KEKとJAXAが主導する宇宙飛行士のための被曝線量計(PS-TEPC)に使用される部材の表面アルファ線分析も実施した。並行して性能改善に向けた取り組みも実施した。特に感度改善のためにドリフトプレートの窓を10×10cm2から15×15cm2に拡張した。これで感度限界は2.25倍良く改善される。較正用に大きいサイズの線源も用意して、サイズ拡張した時の分析も可能にした。さらに、ラドン抑制のために新素材の活性炭を導入した。改良された本装置を用いて、新学術領域の分野内外の表面アルファ線分析を実施していく。一方で、表面アルファ線分析の飛躍的な有効面積拡張のために、飛跡上に生成された一次電子をμ-PICなどの読出センサー(MPGD)に集約する技術を開発した。半径10cmの同心円電場TPCを形成し、中心に曲率半径3cmに曲げたGEMを実装し、5.3MeVのアルファ線を有意に観測した。これにより、電子拡散影響の課題は残るが、TPCの外周半径を拡張することで、MPGDのサイズを変えずに分析面積拡張できることを示した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of Physics: Conference Series
巻: 2156 号: 1 ページ: 012176-012176
10.1088/1742-6596/2156/1/012176
Progress of Theoretical and Experimental Physics
巻: ptab020 号: 4 ページ: 1-11
10.1093/ptep/ptab020
http://www-ppl.s.chiba-u.jp/~hiroshi/index.html
http://www-ppl.s.chiba-u.jp/~hiroshi/study_aicham.html
