大型液体キセノン検出器における効率的バックグラウンド削減の為の充填液体の研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05370
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 小川 洋 日本大学, 理工学部, 助手 (20374910)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 素粒子・原子核物理実験 / 暗黒物質探索 / 光検出器 / 低温物性 / 極低放射能技術

研究実績の概要

次期またはそれ以降の液体キセノンを用いた暗黒物質探索実験において、感度向上のための手法を用意しておきたい。手法の一つとして、暗黒物質探索検出器表面付近を液体の充填液体によって満たし、暗黒物質からの事象の反応する液体キセノン領域と分ける。これにより検出器表面で発生するバックグラウンド事象を、有効体積内事象として間違われるのを防ぎ、暗黒物資探索の感度が上がることが期待される。この充填液体は、真空紫外光を透過することと、液体キセノン温度（-100℃）において液体であること、耐物性、低バックグラウンドなのが要求される。
この充填液体の選定と、性能を評価する為に、真空紫外光源と、高感度分光器を組み合わせた透過率測定装置を新たに開発した。この測定装置には、充填液体の循環と、真空紫外光を吸収する不純物除去の為のフィルターが組みこまれている。これにより、純化の度合いによった透過率を測定できるようにした。
本研究の発信としては、暗黒物質探索検出器表面で発生するバックグラウンド事象の理解について、日本物理学会等で発表をした。また、透過率測定の進捗について、日本大学学部連携ポスターセッションで発表をした。
液体キセノンは低バックグラウンド実験において、シンチレータ―として、暗黒物質探索だけでなく、太陽ニュートリノ観測、0νββ探索にも大変有望なものであり、将来における大型化が必要不可欠である。よって、“想定外”のバックグラウンド事象をコントロールしつつ、大型化のための必要技術の一つとして本研究を進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] A direct dark matter search in XMASS-I (2019)
  • 著者名/発表者名: XMASS Collaboration (K. Abe , K. Hiraide, K. Ichimura, Y. Kishimoto, K. Kobayashi, M. Kobayashi, S. Moriyama, M. Nakahata, T. Norita, H. Ogawa, K. Sato, H. Sekiya, O. Takachio, A. Takeda, S. Tasaka, M. Yamashita, B.S. Yang, N.Y. Kim, Y.D. Kim, Y. Itow 他21名)
  • 雑誌名: Phys. Lett. B 巻: 789 ページ: 45-53
  • DOI: doi:10.1016/j.physletb.2018.10.070
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 液体キセノンを用いた暗黒物質探索の結果と、探索感度向上の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小川 洋
  • 学会等名: 日本大学学部連携ポスターセッション