ニュートリノ未解決問題を解く超高性能キセノンガス検出器開発

开发超高性能氙气探测器解决未解决的中微子问题

• 批准号: 17J00268
• 负责人: 中村 輝石
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00268/
• 关键词: ニュートリノ; 放射線検出器; キセノン; 暗黒物質

ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊（0νββ）や暗黒物質を探索するための、高圧キセノンガスを用いた大型のタイムプロジェクションチェンバー検出器AXELを開発している。電離電子の検出には、我々が独自に考案・開発したElectroluminescence Collection Cell（ELCC）を用いる。ELCCの原理検証は10Lの容積を持つ検出器により実証済みであり、現在は2.5MeVでの性能評価や大型化の技術獲得のため、180Lの容積を持つ圧力容器を用いた開発を進めている。当該年度はスクロール真空ポンプ、循環ポンプ、昇圧ポンプが相次いで故障したが、スクロール真空ポンプについては交換、循環ポンプと昇圧ポンプについてはより高性能なポンプの選定と交換作業と配管の工事を行い、高圧のキセノンガスを漏らさずに検出器に導入・循環・取り出しができるガスシステムを構築した。また、エネルギー分解能がガス中の不純物により悪化することを実機で確認し、純度のコントロールのためにRGAによるガス分析も開始した。180L試作機は、最初の段階として168チャンネルでの試験を行った。ELCCの構造の見直しにより、放電抑制や制作作業性の向上を達成した。また、読み出し回路のファームウェアに開発当初から残る致命的なバグを発見し、これを修正することで、全チャンネルのMPPCの波形が正しく取得でき、PMTとも連動してデータ取得ができることを確認した。大型試作機は最初の段階として168チャンネルで試験を行ってきた。22Naからの511keVのγ線の観測に実験グループ史上初めて成功し、分解能の評価ののちに、査読付き投稿論文として出版された。また、本研究で開発中の高圧キセノンガス検出器を用いた新たな応用として、暗黒物質探索の感度を飛躍的に向上させる解析が可能なミグダル事象の観測可能性についても調査を開始した。

The development of a large-scale detector AXEL for the detection of dark matter and dark matter in high-voltage environments Ionized electron detection and self-determination are the only ways to develop Electroluminescence Collection Cell (ELCC). ELCC principle test 10L capacity test detector test test, now 2.5 MeV performance test and large-scale technology acquisition test, 180L capacity test pressure container test and development test During the year, the vacuum pump, circulation pump, pressure pump, phase failure pump, vacuum pump, exchange pump, circulation pump, pressure pump, high performance pump, selection pump, exchange pump, high pressure pump, leak detector, introduction pump, extraction pump, etc. were constructed. The analysis of impurities in the sample was carried out to confirm the purity of the sample. 180L test machine, the initial stage of the test run ELCC's structure is straightforward, and its production performance is upward. The waveform of MPPC in the whole circuit is positive, and the PMT linkage is positive. The large test machine is the first stage of the test. 22Na In this study, we have developed a new method for detecting the high pressure radiation in the dark matter detector, and we have begun to investigate the possibility of detecting the dark matter in the dark matter detector.

项目成果

Angular dependence of columnar recombination in high pressure xenon gas using time profile of scintillation emission

使用闪烁发射时间曲线研究高压氙气中柱状复合的角度依赖性

• 发表时间: 2018
• 作者: Myers;Philip C.; Stephens;Ian W.; Auddy;Sayantan; Basu;Shantanu; Bourke;Tyler L.; Hull;Charles L. H.;Kiseki Nakamura for the AXEL collaboration
• 通讯作者: Kiseki Nakamura for the AXEL collaboration

ニュートリノはマヨラナか？ キセノンガス検出器による観測に向けて

中微子是马约拉纳吗？

• 发表时间: 2019
• 作者: Noma Taishi;Taguchi Dai;Manaka Takaaki;Iwamoto Mitsumasa;中村輝石
• 通讯作者: 中村輝石

方向感度を持つ暗黒物質探索に向けた高圧キセノンガス中での柱状再結合の研究

研究高压氙气中的柱状复合以寻找方向敏感的暗物质

• 发表时间: 2017
• 作者: 中村 輝石;市川 温子;中家 剛;南野 彰宏;潘 晟;石山 優貴;田中 駿祐;中村 和広;吉田 将;広瀬 昌憲;関谷 洋之;中島 康博;上島 考太;身内 賢太朗
• 通讯作者: 身内 賢太朗

Electroluminescence collection cell as a readout for a high energy resolution Xenon gas TPC

电致发光收集单元作为高能量分辨率氙气 TPC 的读数

• DOI: 10.1016/j.nima.2017.09.015
• 发表时间: 2017
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
• 作者: Ban S.;Nakamura K.D.;Hirose M.;Ichikawa A.K.;Minamino A.;Miuchi K.;Nakaya T.;Sekiya H.;Tanaka S.;Ueshima K.;Yanagita S.;Ishiyama Y.;Akiyama S.
• 通讯作者: Akiyama S.

方向感度を持つ高圧キセノンガス検出器開発

定向灵敏高压氙气检测仪的研制

• 发表时间: 2017
• 作者: Taishi Noma;Dai Taguchi;Takaaki Manaka;Mitsumasa Iwamoto;中村輝石
• 通讯作者: 中村輝石