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2011 Fiscal Year Annual Research Report

微細構造検出器を用いた三次元飛跡検出型の方向に感度をもつ暗黒物質探索実験

Research Project

Project/Area Number 11J00812
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

中村 輝石  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Keywordsダークマター / NEWAGE実験 / 飛跡検出器 / MPGD
Research Abstract

暗黒物質探索実験において、DAMA領域を探索するため、1000倍の感度向上を目指している。10倍をエネルギー閾値の低下で、10倍をバックグラウンドの低下で、10倍を大型化で達成する予定であり、今年度はエネルギー閾値低下とバックグラウンドの低下に成果があった。
感度を10倍にするため、エネルギー閾値を従来の100keVから50keVに低下させる試験を行った。低圧ガスを用いて飛跡を長くすることにより、エネルギー閾値のネックとなっていた角度分解能を確保するため、従来の半分の圧力である0.1atmのガスを用いた試験を行った。まず、ガス増幅率の測定を行った。これは、飛跡が伸びると取得する電子の密度が下がり、従来の2倍のガス増幅率が必要となるためである。測定の結果、従来のガス増幅率の2倍の1400に達することを確認した。また、低圧ガス中ではGEMでの増幅率が飽和することを突き止めた。次に、角度分解能を測定し、50keV-100keVのエネルギー領域において40度という値を得、方向を決定できることを確認した。最後に、検出効率を測定し、50keVにおいて60%の検出効率があることを確認した。これは暗黒物質探索において問題ない値である。これら3つの測定結果から、0.1atmのガスを用いることでエネルギー閾値を50keVに下げることに成功した。
バックグラウンドであるラドンを除去するため、ガスを循環して冷却した活性炭を通過させてラドンをトラップするラドン除去システムを作成した。このシステムを用いることでラドンの量を10分の1以下に低減することに成功した。また、ヒーターを導入した温度調節機構を作成した。冷却温度の変動は圧力の変動に直結し、ひいてはガス増幅率の変動に繋がるため、エネルギー分解能が悪化する。温度調節を行った結果、温度変動を1度、圧力変動を3torrに抑えることができた。このときのガス増幅率の変動はμ-PICの増幅率の場所依存性よりも小さく、ラドン除去システムによるガス増幅率に対する変動は抑えられている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

エネルギー閾値の低下に成功した。その結果を国際学会にて発表し、査読付きの論文として発表できた。またバックグラウンドのラドンの除去も目標値を達成した。

Strategy for Future Research Activity

暗黒物質探索用の低バックグラウンドのドリフトケージを作成する。その後、エネルギー閾値低下とラドン除去システムを神岡地下に導入し、暗黒物質探索実験を行う。エネルギー閾値を低下させての残存バックグラウンドは未知であり、探索の結果をもとにDAMAに到達するための効果的な改良を行う。また、並行して大型化の研究を行う。

  • Research Products

    (7 results)

All 2012 2011

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Low pressure gas study for a direction-sensitive dark matter search experiment with MPGD2011

    • Author(s)
      K.Nakamura, K.Miuchi, S.Iwaki, H.Kubo, T.Mizumoto, H.Nishimura, J.D.Parker, T.Sawano, A.Takada, T.Tanimori, H.Sekiya, A.Takeda
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 7

    • DOI

      10.1088/1748-0221/7/02/C02023

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] NEWAGE実験22:低圧ガスにおける検出器の挙動2012

    • Author(s)
      中村輝石, 他
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] NEWAGE direction-sensitive dark matter search2012

    • Author(s)
      中村輝石, 他
    • Organizer
      GCOEシンポジウム「階層の連結」
    • Place of Presentation
      京都大学時計台(ポスター)
    • Year and Date
      2012-02-15
  • [Presentation] 低圧ガス中でのGEMの運用2011

    • Author(s)
      中村輝石, 他
    • Organizer
      第8回MPGD研究会
    • Place of Presentation
      近畿大学
    • Year and Date
      2011-12-10
  • [Presentation] NEWAGE実験20:低圧ガスにおけるダークマター探索実験2011

    • Author(s)
      中村輝石, 他
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      弘前大学文京町キャンパス
    • Year and Date
      2011-09-16
  • [Presentation] NEWAGE direction-sensitive dark matter search experiment2011

    • Author(s)
      Kiseki Nakamura, et al
    • Organizer
      12th International Conferenve on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2011)
    • Place of Presentation
      Munich Munchner Kunstlerhaus (Germany)
    • Year and Date
      2011-09-05
  • [Presentation] Direction-sensitive dark matter search with MPGD2011

    • Author(s)
      Kiseki Nakamura, et al
    • Organizer
      2nd International Conferenve on Micro Pattern Gaseous Detectors (MPGD 2011)
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市舞子ビラホテル
    • Year and Date
      2011-08-30

URL: 

Published: 2013-06-26  

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