Enhancing the direct search for dark matter in the XENON nT experiment with a water Cerenkov neutron detector

使用水切伦科夫中子探测器增强 XENON nT 实验中对暗物质的直接搜索

• 批准号: 19H00675
• 负责人: MARTENS Kai
• 金额: $ 26.04万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00675/
• 关键词: neutron veto; dark matter; direct detection; gadolinium; water Cherenkov; neutron tagging; gadolinium sulfate; WIMP; solar axion; 暗黒物質; 水チェレンコフ型検出器; 中性子検出器

Three major neutron veto milestones were reached in FY2022:1.) The gadolinium water purification system (GdWPS) was first commissioned with pure water in closed loop circulation (CLC), separate from the 700 tonne water shield that contains also the neutron veto. We thus verified the basic functions of all its components.2.) Maintaining water quality in the full 700 tonne XENONnT water shield - which comprises the detector's muon and neutron veto - our GdWPS proved that it improved the quality of the shields pure water.3.) After returning to CLC operation we finally added gadolinium sulfate (GdS) to the ~3 tons of water in the closed loop, bringing it up to the ultimate target concentration of 0.5 % of gadolinium sulfate in January. We optimize operating parameters for coming neutron veto operation with GdS dissolved in the whole water shield.Together these three milestones mean that now the neutron veto systems are all ready to be loaded with GdS and thus reach our design neutron tagging efficiency. Unfortunately the rest of the experiment is not yet in a state that we can proceed at this point in time, but we are ready and all our systems have been shown to work as expected. We can dissolve GdS at any time and reach full efficiency as soon as the GdS is evenly distributed in the 700 tonne water shield.

2022财年达到了三个主要的中子否决里程碑：1)Gd水净化系统(GdWPS)首次试运行时使用的是闭路循环(CLC)中的纯水，与700吨重的也包含中子否决权的水屏分开。因此，我们验证了其所有组件的基本功能。)我们的GdWPS在整个700吨的XENONnT水屏蔽物--包括探测器的介子和中子否决权--中保持水质，证明它提高了屏蔽物纯净水的质量。在恢复CLC操作后，我们终于在闭合循环中的~3吨水中添加了硫酸Gd(GDS)，使其在1月份达到了0.5%的最终目标浓度。我们优化了即将到来的GDS在整个水屏中溶解的中子否决操作的操作参数。这三个里程碑意味着现在中子否决系统都准备好加载GDS，从而达到我们设计的中子标记效率。不幸的是，实验的其余部分还不能在这一时间点上继续进行，但我们已经准备好了，我们的所有系统都已显示出按预期工作。我们可以随时溶解GDS，只要GDS均匀分布在700吨的水盾中，我们就可以达到完全的效率。

项目成果

Weizmann Institute of Science(イスラエル)

魏茨曼科学研究所（以色列）

XENONnT実験における中性子反同時計測のためのレーザーを用いた光学特性直接評価

XENONnT 实验中使用激光反同步中子测量直接评估光学特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Shimizu Suguru;Horie Keito;Kamada Kei;Kobayahsi Atsushi;Mihara Mototsugu;水越彗太;前田剛志
• 通讯作者: 前田剛志

XENON実験:中性子veto内の放射性不純物モニター

氙实验：监测中子否决中的放射性杂质

• 发表时间: 2020
• 作者: Nagata Jura;Yamamoto Seiichi;Yabe Takuya;Yogo Katsunori;Nakanishi Kohei;Noguchi Yumiko;Okudaira Kuniyasu;Kamada Kei;Yoshikawa Akira;Kataoka Jun;竹田敦
• 通讯作者: 竹田敦

XENONnT実験の中性子VETOシステムにおける時間情報を用いた背景事象の除去

XENONnT 实验中子 VETO 系统中利用时间信息去除背景事件

• 发表时间: 2019
• 作者: Hiraide;K.
• 通讯作者: K.

XENONnT 中性子veto カウンターにおけるガドリニウム水中のRn濃度モニター

XENONnT 中子否决计数器监测钆水中的 Rn 浓度

• 发表时间: 2019
• 作者: Takeda;A.
• 通讯作者: A.