気液２相型アルゴン光検出器による暗黒物質の直接探索

本研究の目的は小型で高感度な2相型検出器を設計・製作し未だ検証されていないアルゴンによる低質量領域の探索を行う事である。本年度前半は、主に2相型プロトタイプ検出器を用いた性能評価及び、本検出器設計に向けたシュミレーション構築を行った。前年度の2相型運用試験では窒素不純物の影響による光量減少が見られていたため、窒素フィルターを用いた改善を行った。結果として不純物の低減(～ppb)を達成し、検出光量は前回の～1.5倍の7.9pes/keVee(ゼロ電場)を得た。また低エネルギー事象を捉えるため、PMTAmpを導入し高純度アルゴン環境下でも高いPMTGainを確保した。これにより低エネルギー事象の所得・解析が可能となり、アルゴン2相型の特徴を用いた背景事象分離手法により～30keVnr領域・信号取得効率50%で10＾3以上のガンマ線除去能力が得られた。さらなる分離能力の向上のための信号詳細理解、本検出器設計のためにGeant4による検出器シミュレーションの構築を進めた。光検出器の応答波形やGain、ノイズなどをデータや個別の測定から実装し現実的な検出器応答を構成、検証が行える環境を整えた。これらを用いた検出器内光学過程の検証、アルゴンでの理解が十分でない励起・電子生成過程のデータとの比較検証を進めている。また本実験用のテストスタンド構築も既に行っており、シミュレーションによる検出器設計と併せて本実験への指針を作った。

本研究の目的は小型で高感度な2相型検出器を設計・製作し未だ検証されていないアルゴンによる低質量領域の探索を行う事である。本年度前半は、主に2相型プロトタイプ検出器を用いた性能評価及び、本検出器設計に向けたシュミレーション構築を行った。前年度の2相型運用試験では窒素不純物の影響による光量減少が見られていたため、窒素フィルターを用いた改善を行った。結果として不純物の低減(～ppb)を達成し、検出光量は前回の～1.5倍の7.9pes/keVee(ゼロ電場)を得た。また低エネルギー事象を捉えるため、PMTAmpを導入し高純度アルゴン環境下でも高いPMTGainを確保した。これにより低エネルギー事象の所得・解析が可能となり、アルゴン2相型の特徴を用いた背景事象分離手法により～30keVnr領域・信号取得効率50%で10＾3以上のガンマ線除去能力が得られた。さらなる分離能力の向上のための信号詳細理解、本検出器設計のためにGeant4による検出器シミュレーションの構築を進めた。光検出器の応答波形やGain、ノイズなどをデータや個別の測定から実装し現実的な検出器応答を構成、検証が行える環境を整えた。これらを用いた検出器内光学過程の検証、アルゴンでの理解が十分でない励起・電子生成過程のデータとの比較検証を進めている。また本実験用のテストスタンド構築も既に行っており、シミュレーションによる検出器設計と併せて本実験への指針を作った。