液体-気体2相型キセノン検出器による暗黒物質探索実験

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17340082
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 鈴木 聡 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30318828)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森山 茂栄光 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (50313044) ; 寺沢 和洋 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (10329138) ; 錦戸 文彦 放射線医学総合研究所, 医学物理部, 研究員 (60367117)
• Keywords: 宇宙線 / 素粒子物理 / 宇宙物理 / 粒子測定技術

Research Abstract

液体キセノンのシンチレーション光は175nmと真空紫外領域にあるため、光学的な接続は真空層を介して行っている。15kg検出器においては、光取り出し用のMgF2窓と光電子増倍管の間に真空層があり、そのためMgF2窓内側表面において約43°の臨界角でシンチレーション光は全反射してしまい光電子増倍管に到達しない。そのことが原因となって光の検出効率が悪くなっていた。この真空層を液体テフロン(Kryotox)で埋めることにより、真空紫外光が吸収されることなくかなりの全反射を抑えることが出来るようになった。結果として、光の収集効率は約2倍程度向上させることが出来るようになった。
将来、検出器をさらに大型化するためには光電子増倍管を検出器に内蔵することがどうしても必要となる。そのための基礎実験も開始した光電面がバイアルカリ製の光電子増倍管(HAMAMATSU R5900-06AL12S-ASSY)を29本用いて、詳細な低温に対する性能テストを行った。その結果、液体キセノン温度-100℃において、光電子増倍管の量子効率とゲインが共に10%以上、室温の時に比べて向上することが分かった。このテスト結果を元に、光電子増倍管を検出器に内蔵した時の光の検出効率をコンピューターシミュレーションにより求めた。結果は、現在の3倍程度、光収集効率を上げることが可能となり、検出感度は5〜6光電子/keV、エネルギー閾値で〜1keV程度を期待出来ることが分かった。