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ニュートリノを伴わないん二重ベータ崩壊(0νββ)探索のための高圧キセノンガスによるTime Projection Chamber検出器の開発を行っている。探索のために要求され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を進めている。ELCCは、ドリフトさせた電離電子を特殊な電極構造でセル内に引き込みエレクトロルミネッセンス光を発生させ光検出器により検出することで、電離電子の数を測定する。
探索に用いる二重ベータ崩壊核136Xeの0νββの信号はエネルギーの和が2.5MeVのベータ線２本である。そのエネルギーにおけるELCCの性能を実証するため、180L検出器の製作を進めた。ガス系統は、トラブルの際に大量のキセノンが放出されるのを載せぐため自動的に一時退避するように整備した。ガス容器内への異物の混入を防ぐようクリーンルームの整備した。ELCCについては、性能を保ちつつチャンネル数を抑えるために、セル構造を六角形配置とした。この新しい配置で、まず小型の10L容器の検出器で性能を評価したが要求性能が出ないため、ゲインや分解能の実測値をよく再現する詳細なシミュレーションコードを開発し原因を探った。光検出器として3mm角MPPCを用いているが、そのサイズに比べてセルのサイズが大きすぎることが性能を悪化させた原因であることをつきとめた。シミュレーションコードを用いてサイズを最適化したELCCを製作した。電場を整形するフィールドケージは、放電の問題に悩まされてきたが、放電対策を施し目標の高電圧をかけることに成功した。光素子からの信号をデジタル化する専用の回路を製作、運用し、所定の性能を持つことを示した。
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