液体キセノンを用いた136Xe2重β崩壊検出器開発のための基礎研究

液氙136Xe双β衰变探测器研制基础研究

• 批准号: 14039211
• 负责人: 鈴木 聡
• 金额: $ 2.82万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14039211/
• 关键词: 2重β崩壊; ニュートリノ; キセノン

2相型キセノン検出器を2重β崩壊深索実験に応用するための基礎研究を中心に行った。この検出器の特徴は電場方向に対する位置分解能が数100μmと非常に優れていることである。キセノン136の2重ベータ崩壊のQ値2.48MeV近辺のエネルギーを持つガンマ線バックグラウンドのキセノン中での反応の大部分(99.9%)はコンプトン散乱或いは電子対生成によるものであり、2本以上の離れた電子線に起因した信号となる。それに対して2重β崩壊による信号は2つのβ線が繋がった1本のトラックになるため、バックグラウンドのガンマ線によるものと実際の信号とを非常に高い確率で識別出来るはずであり、これを実際のガンマ線の信号を観測することにより確認した。-方、神岡の地下実験施設に設置した1kgテスト検出器を用いてバックグラウンドの線量測定を行った。エネルギー2.5MeV近辺のバックグラウンドは0.01counts/kg/keV/day程度であることが分かった。検出器周辺に使用している物質の放射線不純物濃度を測定しそれらが検出器におよぼす影響をコンピューターシミュレーションにより求め、それと実際の測定値とを比較し、その発生の起源を解明した。その結果、使用材質を選別することにより、さらなる低バックグラウンド化が可能であることを示した。2相型キセノン検出器を2重β崩壊探索実験に利用した場合、バックグラウンドを0.0001counts/kg/keV/day以下に抑えることが出来、世界でもトップクラスの探索実験が可能であることが分かった。さらに、この検出器は暗黒物質探索実験、太陽ニュートリノの検出も同時に行える多目的大型検出器として利用することを提案した。

2-phase detector 2-phase detector 2-phase detector 3-phase detector 4-phase detector 4-phase detector 4- The position resolution energy of the detector is 100μm according to the characteristic electric field direction. The Q value of 2.48MeV of the 136 pairs of electrons in the vicinity of the electron beam is 2.48MeV. Most of the reflections (99.9%) in the vicinity of the electron beam are caused by the scattered electron beam or the electron beam in the middle of the electron beam. The signal of the beta line is detected by the signal of the beta line. The underground installation of the square and Kamioka is set to 1kg. The detector is used to measure the line quantity.エネルギー2.5MeV近辺のバックグラウンドは0.01counts/kg/keV/day程度であることが分かった。To determine the concentration of radioactive impurities in the substance used in the detector, and to clarify the origin of the emission The result is that the material used is different from the material used. 2-phase detector 2-fold β-collapse detection is used in the case where the detection value is less than 0.0001counts/kg/keV/day, and the detection value of the world is possible. The detector is designed for dark matter exploration, solar radiation detection, and multi-purpose large-scale detector utilization.

项目成果

M.Yamashita, T.Doke, J.Kikuchi, S.Suzuki: "Double Phase-Liquid/Gas-Xenon Scintillation Detector for WIMPs Direct Search"Astropart. Phys.. (印刷中). (2003)

M.Yamashita、T.Doke、J.Kikuchi、S.Suzuki：“用于 WIMP 直接搜索的双相液体/气体-氙闪烁探测器”Astropart。（出版中）。

T.Haruyama他12名: "Cryogenic performance of a 120L liquid xenon photon calorimeter"KEK Preprint. 102. (2002)

T. Haruyama 和其他 12 人：“120L 液体氙光子热量计的低温性能”KEK 预印本 102。（2002 年）

S.Mihara他15名: "Development of a liquid xe photon detector for μ→eγ decay search experiment at PSI"IEEE Transactions of Nuclear Science. Vol.49 No.2. 588-591 (2002)

S. Mihara 和其他 15 人：“用于 PSI μ→eγ 衰变搜索实验的液体 xe 光子探测器的开发”IEEE Transactions of Nuclear Science 第 49 卷第 588-591 期（2002 年）。

M.Yamashita, T.Doke, K.Kawasaki, J.Kikuchi, S.Suzuki: "Response of Liquid Xe Scintillator with PTFE Reflector for Gamma Rays"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. (印刷中). (2004)

M.Yamashita、T.Doke、K.Kawasaki、J.Kikuchi、S.Suzuki：“带有 PTFE 反射器的液态 Xe 闪烁体对伽马射线的响应”核仪器和物理研究方法 A.（出版中）。

M.Yamashita, T.Doke, J.Kikuchi, S.Suzuki: "Double phase (liquid/gas) xenon scintillation detector for WIMPs direct search"Astroparticle Physics. Volume 20. 79-84 (2003)

M.Yamashita、T.Doke、J.Kikuchi、S.Suzuki：“用于 WIMP 直接搜索的双相（液体/气体）氙闪烁探测器”天体粒子物理学。