次世代ニュートリノ実験における大強度ミューオンの測定

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長基線ニュートリノ振動実験であるT2K実験では。レプトンセクターのCP対称性の破れの発見を目指してJ-PARCでの加速器のビーム強度増強が行われている。その時に問題になってくるのが、ニュートリノ生成時に発生するミューオンを測定するミューオンモニターの放射線劣化の問題である。そこで、ミューオンモニターに使用する新たな検出器の候補である電子増倍管(EMT)の開発を行っている。EMTは小型の光電子増倍管の光電面をアルミ蒸着にしたものであり、ミューオンの衝突によりダイノードから発生した二次電子を増幅することでミューオンの照射量を測定する。前年度の研究から高い放射線耐性を有していることが確認されているが、測定開始時に数%から十数%の信号が低下しその後安定する様子が確認されている。これを初期不安定性と呼び、令和4年11月に東北大学電子光理学研究センター(ELPH)でビームテストを行い、この原因が温度依存性によるものであることが高いことを突き止めた。また、EMTも長い時間をかけて放射線劣化し、J-PARCのメインリングの将来強度(1.3MW)換算で1050日程度では10%の減少が見られる。この原因追及のため、EMT本体とデバイダー回路に高強度ビームを照射し、その後それぞれに劣化していないデバイダー回路とEMTを接続して応答を見たところ、EMT本体に照射した方に信号の減少を見たことから、放射線劣化の原因はEMT本体にあることを見出した。また、EMT本体のうちカソードまたはダイノードが劣化しているのかを調べるために、カソードと1段目ダイノード間をショートさせた改造デバイダー回路を用いて実質的にカソードの劣化の影響はない測定を行った。その結果、EMTの放射線劣化の原因はダイノードに蒸着されたアルカリアンチモンの劣化である可能性が高いことを見出した。