| 研究課題/領域番号 |
15H02088
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
市川 温子 京都大学, 理学研究科, 准教授 (50353371)
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| 研究分担者 |
中家 剛 京都大学, 理学研究科, 教授 (50314175)
南野 彰宏 京都大学, 理学研究科, 助教 (70511674)
関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 二重ベータ崩壊 / ニュートリノ / 希ガス検出器 |
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| 研究実績の概要 |
ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0νββ)探索のために、高圧キセノンガスによるTime Projection Chamber検出器の開発を進めている。高いエネルギー分解能を実現するために、我々は電離電子の検出にELCC(ElectroLuminescence Collection Cell)と呼ばれる信号読み出し機構を提唱し開発している。ELCCは、ドリフトさせた電離電子をセル化された電極内に引き込みエレクトロルミネッセンス光を発光させ信号に用いる。エレクトロルミネッセンス光はMPPC光検出器で検出する。
三次元有限要素法による電場計算、電子のトラッキングおよびEL光発生を含んだシミュレーションを行い、ELCCの電場構造を最適化し、高いエネルギー分解能を得られるELCCの設計を完成させた。
ELCCの原理実証のための試作機に以下のような改良を行った。新たに開発されたキセノンの発光波長である真空紫外光に感度のあるMPPCを用いた。キセノンガスの純度を保つため、純化循環系を構築した。これにより、122keVのガンマ線に対して半値全幅で3.3%という分解能を得た。これは136Xeの0νββのQ値で0.59%～1.61%という高い分解能に相当する。
次期試作機の製作にむけて、Geant4による検出器全体のシミュレーションを行った。これにより次期試作機のサイズを直径54cmx高さ54cmと決め、容器の設計を進めている。約1,000個のMPPCの信号を読み出す回路の開発を進めた。高いエネルギー分解能を保ったまま、大量のチャンネルを読み出すための回路構成を設計し、アナログ部については試作も交えて必要な要求性能を満たすデザインを確定した。
実際に0νββ探索を行う際に、背景事象を落とすための解析アルゴリズムの開発を行い、事象の空間分布から背景事象を３桁低減することが可能であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
使用予定であった真空紫外光対応の光センサーのメーカーによる開発が遅れたため、検出器への組み込みが遅れた。
また、高電圧部で予想外の放電が頻発し、その対策が必要となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
メーカーによる高感度のMPPCの開発が進んだため、そのMPPCを用いて、次期試作機の製作を進める。
次期試作機では50kVの高電圧を発生させる必要があるため、現試作機で、放電の恐れがある部分の洗い出しを行い、十分な対策を考えた上で、次期試作機の高電圧電源、ケーブル配線、電極構造の設計を行う。
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