液体キセノン光子検出器のための小型パルス管冷凍機の開発

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μ→e^+γ実験に使用可能な高速・高分解能カロリメータの開発において、長期間にわたって大容量の低温液体キセノンを安定に保持することは重要な課題である。振動の少ないパルス管冷凍機で液体キセノンを液化することができれば、長期間にわたる安定な冷却、より高効率なシステムが期待される。今年度は主に次の2点を明らかにする研究を行った。(1)蓄冷器と位相制御の最適化蓄冷器とパルス間が分離しているU型のパルス管冷凍機を試作し、前年度開発したプロトタイプ同軸パルス管冷凍機(内側蓄冷器型)との性能比較を行なった。U型では蓄冷器とパルス館がそれぞれ独自に最適な温度分布を得ることができるため、同軸型に比べて損失が少なくなると考えられる。反面、製作に便利なベーク筒で蓄冷器を製作すると収納用管との間に空隙が残り、かえって損失を大きくする可能性があることなどもわかった。(2)長期間にわたる液化キセノン再凝縮運転試験今年度は大型プロトタイプクライオスタットを用いて長期間の連続運転を5回行なった。100L以上の液体キセノンを用いたビームによる実験および宇宙線実験では、冷凍機運転による蒸発キセノンガスの再凝縮運転を1回の実験当たり、2〜3週間近く連続で行い、冷凍能力や温度の安定性に影響を与える要因とその対策を確立した。新たな知見として、再凝縮冷却ヘッドの制御温度をキセノン固化温度より少し高めに設定しておくことにより長期間運転における実効冷凍能力の劣化を防ぐことなどを得ることができた。