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2017 年度 実績報告書

液体キセノン中の電荷増幅を用いた暗黒物質探索

研究課題

研究課題/領域番号 25707015
研究機関東京大学

研究代表者

関谷 洋之  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2018-03-31
キーワード暗黒物質 / キセノン / 電荷増幅 / 素粒子実験 / 宇宙線
研究実績の概要

昨年度までの開発により、ワイヤーを用いて液体キセノン中での電荷増幅による比例蛍光の発生閾値を400kV/cmであることを確認した。これに基づき、今年度は針電極で400kV/cmの電場を実現するべく、ガス中でのウニ針状電極の開発を行っているCEA SaclayのIoannis Giomatarisと研究代表者が双方に実験室を訪問して開発を行った。まず、神岡にて、先端150μmの針電極を製作し、液体キセノンへ導入し高電圧を印加する実験を行った。400kV/cmを実現できる6kVの高電圧を印加することには成功したが、フィードスルでの放電が発生し安定に測定を継続できなかった。また現状のジオメトリでは針への電子の収集効率が1%程度しかないことも理解したので、まずはSaclayにてガス中でウニ電極による電子収集の最適化を行うことにした。Saclayでは実際のXMASS検出器と同じ1mサイズの球状検出器にウニ針電極を試し、ガス中での電荷増幅と、電場の一様性の最適化を確認した。それを神岡の10cmサイズのテストベンチへスケールして導入するため、先端50μmと80μmの針電極を新たに設計、製作した。一方、テストベンチへ外部から137Csなどのガンマ線を照射した際のS1発光での検出器を理解するためにXMASSの検出器シミュレーターを応用したphoton trackingシミュレーションを行った。その結果液体キセノンの使用量を抑えるためのテフロンスペーサーに存在する空隙に存在するキセノンとのエネルギー損失が大きく、S1で光電吸収ピークが見えていないことが分かった。今後、テフロンスペーサーを改良し、50μmのウニ針電極を導入して実験を行う予定である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] CEA, Saclay(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CEA, Saclay
  • [学会発表] Development of single phase liquid xenon TPCs for future dark matter search2018

    • 著者名/発表者名
      Kayo Kanzawa
    • 学会等名
      KMI School 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] XMASS実験:暗黒物質探索へ向けた1相式液体キセノンTPCテストベンチのシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      石井瞭
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
  • [学会発表] キセノンTPC、気液2相型と液体球状型2018

    • 著者名/発表者名
      関谷洋之
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
  • [学会発表] XMASS高度化 液キセノンTPC技術開発2017

    • 著者名/発表者名
      菅澤佳世
    • 学会等名
      アクティブ媒質TPC開発座談会
    • 招待講演
  • [学会発表] XMASS高度化 液キセノンTPCプロジェクト2017

    • 著者名/発表者名
      関谷洋之
    • 学会等名
      アクティブ媒質TPC開発座談会
    • 招待講演
  • [学会発表] ワイヤー電極用いた比例蛍光読み出しによるXMASS実験感度向上のための研究32017

    • 著者名/発表者名
      菅澤佳世
    • 学会等名
      日本物理学会大会 2017年秋季大会
  • [学会発表] 暗黒物質探索のための1相式液体キセノンTPCの開発2017

    • 著者名/発表者名
      菅澤佳世
    • 学会等名
      第14回MPGD研究会(MPGD2017)
  • [備考] 液体キセノンTPCによる暗黒物質検出器の開発

    • URL

      http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/~sekiya_s/SinglePhaseXeTPC/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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