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Development of direction sensitive dark matter detector with ZnWO4 scintillators

ZnWO4闪烁体方向敏感暗物质探测器的研制

基本信息

批准号：
22H01245
负责人：
関谷洋之
金额：
$ 10.9万
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 (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01245/
关键词：
素粒子検出器暗黒物質方向感度極低放射能

项目摘要

中性子ビームを用いた低エネルギー原子核反跳測定に向けてZnWO4結晶からの集光量を増やすために、反射材の改良、高量子効率の光電子増倍管の使用、プリアンプの改良、そして結晶研磨方法の変更を行った。反射材にはアルミ蒸着シートを用いることで光量の時間変動を抑え系統誤差を小さくすることに成功した。光電子増倍管にはウルトラバイアルカリ光電面のものを採用することで集光量を1.26倍に増加できた。またプリアンプの積分時定数を33μs から68μsにすることでS/N 比が向上し、1光電子を測定することができるようになった。そして他の実験の随伴として実際に565keVの中性子ビームをあてる予備的な測定を実施し、シミュレーションと比較することで、低エネルギー酸素反跳イベントの取得ができることを確認した。また、これとは独立に異方性について、東北大学においてアルファ線ビーム、電子ビームなどで異方性を調査した。一方、低放射能化を目指し、結晶表面の研磨方法を変更した1cm角のZnWO4をロシアから購入して比較を行った。ダイヤモンドで鏡面研磨した従来の結晶と、高純度SiO2で研磨し表面状態は粗いが放射性不純物が少ないと思われる結晶とで発光量を比較した。その結果S iO2研磨の結晶の方が光量が1.2倍多く、表面状態の粗さによりむしろ集光量が増加することが分かった。放射性不純物の含有量自体は神岡地下の超高純度Ge検出器で測定を行って定量を試みたが、ダイヤモンド鏡面研磨結晶においても、ウラン、トリウム、カリウム等の上限値しか得られず、すでに十分低バックグラウンドを実現していることが確認できた。

In addition, the improvement of reflective materials, the use of photoelectron multiplier tubes with high quantum efficiency, the improvement of crystal polishing methods, and the improvement of the optical absorption of ZnWO4 crystals were also carried out. Reflective material is used to reduce the time variation of light. Photoelectron multiplier tubes are used to increase the amount of light collected by 1.26 times The S/N ratio is higher than the S/N ratio, and the integration time is 33μs or 68μs. In addition, the measurement of the 565keV intermediate wavelength was carried out and compared with the measurement of the low frequency intermediate wavelength. Investigation of heterogeneity in Tohoku University The method of grinding the surface of a square, low-radioactivity, and crystallized ZnWO4 with an angle of 1 cm is compared. For example, if a mirror is polished, the amount of light emitted from the crystal, the high purity SiO2, the polished surface, and the radioactive impurities are relatively small. As a result, the amount of light collected by SiO2 polished crystals increased by 1.2 times, and the amount of light collected by SiO2 polished crystals increased by 1.2 times. The content of radioactive impurities was determined by ultra-high purity Ge detector in Kamioka underground. The upper limit of the determination method was determined. The upper limit of the determination method was confirmed.