Development of sub-micron track search method for dark matter recoil nuclei with luminescence of nano-semiconductors in nuclear emulsion

核乳剂中纳米半导体发光暗物质反冲核亚微米径迹搜索方法的发展

• 批准号: 21K13949
• 负责人: 白石 卓也
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Toho University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13949/
• 关键词: 暗黒物質; 原子核乾板; ナノ粒子発光; イオン励起発光; ナノ半導体; 発光

超微粒子原子核乾板NITは、暗黒物質候補WIMPによって期待される飛程約100nmの反跳原子核の方向を検出するために開発された超高分解能飛跡検出器である。NIT中の半導体AgBr:Iナノセンサーには飛跡が記録されるが、それと同時にAgBr:Iセンサー内では高効率な発光が起こる。本研究課題ではこの発光現象に着目し、反跳原子核の飛跡を発光からトリガーすることで、光学顕微鏡でのナノスケール飛跡探索の解析速度限界を超えた探索方法の確立を目指している。2022年度は、引き続き反跳原子核の疑似信号として低速イオンに対する発光の基礎研究を行うために、神奈川大学のイオン注入装置を用いた測定系の開発を行った。2021年度に導入した独自設計した発光分析用チャンバーを用い、光電子増倍管と分光器による単光子レベルでの発光スペクトル測定、照射位置を変えるための2軸駆動系付きイオンマスク、イオンドーズ量モニターなどの開発を行った。高真空中における液体窒素でのサンプル冷却に課題があったが、サンプルマウント部分の治具を再設計し問題なく冷却することに成功した。今後、イオンと背景事象として考えられるβ線の発光特性の違いを精密に調べ、波形や発光スペクトルからの粒子弁別について評価していく予定である。また並行して、NIT中のゼラチンに含まれるC14由来のβ線自体を低減させるために、代替の高分子ポリマーとしてポリビニルアルコール（PVA）のみを用いたNITの開発も行っている。これによって、C14を従来の24 Bq/kgから測定限界以下の10 mBq/kg以下まで低減させることに成功した。重粒子線を用いて飛跡としての検出能力を持つことは確認できたが、一方で、感度が低い、ノイズの増加などの問題があり、実用化のためには脱塩水洗の方法に課題が残っている。

Ultrafine particle atomic nucleus dry plate NIT によって and dark matter candidate WIMPによって expect される to fly about 100nm, <s:1> rebound the atomic nucleus <e:1> direction を検 exit するために, and launch された ultra-high decomposition energy fly track 検 exit である. In NIT の semiconductor AgBr: (I) ナ ノ セ ン サ ー に は fly trace record が さ れ る が, そ れ と simultaneously に AgBr: I セ ン サ ー within で は high working rate な 発 が light up こ る. This research topic で は こ の 発 phenomenon に the し, bounce light nuclei の fly trace を 発 light か ら ト リ ガ ー す る こ と で, optical 顕 micromirror で の ナ ノ ス ケ ー ル fly trace exploring の parsing speed limit を super え た の exploration method to establish を refers し て い る. 2022 annual は, lead き 続 き bounce nucleus の suspected signal と し て low-speed イ オ ン に す seaborne る 発 line light の basic research を う た め に, kanagawa university の イ オ ン injection device を with い た determination is の open 発 を line っ た. 2021 annual に import し た design alone し た 発 light analysis with チ ャ ン バ ー を い, photoelectron raised times tube と optical splitter に よ る 単 photon レ ベ ル で の 発 light ス ペ ク ト ル position determination, irradiation を - え る た め の 2 axis 駆 dynamic system pay き イ オ ン マ ス ク, イ オ ン ド ー ズ quantity モ ニ タ ー な ど の open 発 を line っ た. High vacuum に お け る liquid smothering element で の サ ン プ ル cooling に subject が あ っ た が, サ ン プ ル マ ウ ン ト part の fixture design し を again な く cooling す る こ と に successful し た. In the future, イ オ ン と background things like と し て exam え ら れ る beta line の 発 light feature の violations い を precision に べ, waveform や 発 light ス ペ ク ト ル か ら の particle chemical don't に つ い て review 価 し て い く designated で あ る. ま た parallel し て, NIT の ゼ ラ チ ン に containing ま れ る C14 origin の beta line of autologous を low cut さ せ る た め に, instead of の polymer ポ リ マ ー と し て ポ リ ビ ニ ル ア ル コ ー ル (PVA) の み を with い た NIT の open 発 も line っ て い る. こ れ に よ っ て, C14 を 従 24 Bq/kg to の か ら determination limit the following の under 10 mBq/kg ま で low cut さ せ る こ と に successful し た. Heavy particle line を with い て fly trace と し て の 検 out ability を hold つ こ と は confirm で き た が, one party で, sensitivity low が い, ノ イ ズ の raised plus な ど の problem が あ り, be use の た め に は salt water to wash off の way に subject が residual っ て い る.

项目成果

超微粒子原子核乾板を用いた環境中性子測定(2)～グランサッソランの物理解析～

使用超细粒子核乳胶板进行环境中子测量（2）～格兰萨索兰的物理分析～

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;小林龍太;佐伯加奈;森崎紘明;佐藤修;久下謙一
• 通讯作者: 久下謙一

超微粒子原子核乾板を用いたグランサッソでの環境中性子測定

使用超细核乳剂板在格兰萨索进行环境中子测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. Rosa;小林龍太;G. De Lellis;佐藤修;久下謙一;他NEWSdmコラボレーション
• 通讯作者: 他NEWSdmコラボレーション

低速イオン照射による数十nmのAgBr:I結晶中での飛跡形成及び発光の研究

慢离子辐照研究数十纳米 AgBr:I 晶体的径迹形成和发光

• 发表时间: 2021
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;小林龍太;佐伯加奈;森崎紘明;佐藤修;久下謙一;白石卓也
• 通讯作者: 白石卓也

グランサッソ研究所での超微粒子原子核乾板を用いた環境中性子スペクトル測定

格兰萨索研究所使用超细颗粒核乳胶板进行环境中谱测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 白石卓也;赤松咲耶;中竜大;浅田貴志;V. Tioukov;G. De Lellis;G. Rosa;小林龍太;佐伯加奈;陳夏姫;ダウディ由莉香;N. D'Ambrosio;A. Alexandrov;佐藤修;他NEWSdmコラボレーション
• 通讯作者: 他NEWSdmコラボレーション