超軽量・高電圧電極を備えた大型キセノンガス検出器の開発による０νββ崩壊探索

通过开发配备超轻高压电极的大型氙气探测器来寻找 0νββ 衰变

• 批准号: 18J20453
• 负责人: 吉田 将
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J20453/
• 关键词: TPC; キセノン; ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊; フィールドケージ; コッククロフト-ウォルトン回路; 二重ベータ崩壊; マヨラナニュートリノ

ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊(0νββ)探索のため, 大質量崩壊核・高エネルギー分解能・背景事象除去という3項目を兼ね備えた検出器, 高圧キセノ ンガスタイムプロジェクションチェンバー(TPC)を開発し, 136Xeの0νββを高感度で探索できる技術を確立すべく研究を行っている.今年度は, 前年度設計した電場形成電極(フィールドケージ)を製作して180 L試作機に導入した. 圧力容器中のガス領域のうち可能な限り広く有感領域をとるために絶縁壁を介して圧力容器と接するまで電極を広げたことで, 当初電極部での放電により検出器の安定動作に支障をきたしていたが, カメラによる内部の観察や大気・アルゴン中での放電試験などにより放電箇所を特定し対策したことで, 最終的にキセノン5.0気圧下で目標電圧のアノード-7.5 kV, カソード-17.5 kVでの安定動作に成功した. ガス圧の上昇と有感体積の向上により従来より高いエネルギーのガンマ線による検出器の評価が可能となり, さらに光量の時間変動に対する新たな補正手法など解析における改善も施した結果, 662 keVのガンマ線に対して1.28%(136Xeの0νββ Q値2458 keVに外挿して0.67％)という非常に高いエネルギー分解能を得た.また, 圧力容器内部での高電圧生成回路として前年度まで開発を進めてきたコッククロフト-ウォルトン(CW)回路を, 今年度初めてフィールドケージと統合して180 L試作機に導入し, キセノン6.2気圧中での動作確認を行った. 6.2気圧下での検出器運用に必要な-22 kVの高電圧をキセノン中で生成することに成功した. 圧力容器内の高圧希ガス下での昇圧に成功したことは, 大型の希ガスTPCを用いる0νββ探索や暗黒物質直接探索での高電圧導入における従来の限界を根本的に打破した重要な結果である.

3 items: detector, high pressure detector, high pressure detector, high sensitivity detector (TPC), high sensitivity detector (0 ν β β), high sensitivity detector (0 ν β β β), high sensitivity detector (0 ν β β), high sensitivity detector (0 ν β), high sensitivity detector (0 ν βThis year, the previous year's design of electric field forming electrode (180L) was produced and introduced. The pressure vessel has a pressure field, and the pressure vessel has a pressure field. Finally, the stable operation of the target voltage at 5.0 kV and-17.5 kV was successful. The rise of the voltage and the upward movement of the sensing volume are the results of the evaluation of the detector and the improvement of the light quantity. 662 keV and β Q values are 1.28%(136 Xe and 0 ν β Q values are 2458 keV and 0.67%). The high voltage generating circuit inside the pressure vessel was opened in the previous year, and the operation confirmation was carried out in the 180L test machine at the beginning of this year. 6.2 The detector under atmospheric pressure is necessary for the application of-22 kV high voltage. The pressure rise under high pressure in the pressure vessel was successful, and the results were important for the fundamental breakthrough of the high voltage introduction limit in the direct exploration of dark matter and the use of 0 ν β β β for large scale TPC.

项目成果

0νββ探索実験AXEL 実験計画と大型試作機での測定結果

0νββ探索实验AXEL大型样机实验方案及测量结果

• 发表时间: 2019
• 作者: Yoshida M;Ban S;Hirose M;Ichikawa A K;Iwashita Y;Kikawa T;Minamino A;Miuchi K;Nakadaira T;Nakajima Y;Nakamura K D;Nakamura K Z;Nakaya T;Obara S;Sakashita K;Sekiya H;Sugashima B;Ueshima K;吉田 将;Masashi YOSHIDA;吉田 将;吉田 将;Masashi YOSHIDA;吉田 将
• 通讯作者: 吉田 将

AXEL実験: 大型試作機の662 keVガンマ線によるエネルギー分解能の評価

AXEL实验：使用大型原型机的662 keV伽马射线评估能量分辨率

• 发表时间: 2020
• 作者: Yoshida M;Ban S;Hirose M;Ichikawa A K;Iwashita Y;Kikawa T;Minamino A;Miuchi K;Nakadaira T;Nakajima Y;Nakamura K D;Nakamura K Z;Nakaya T;Obara S;Sakashita K;Sekiya H;Sugashima B;Ueshima K;吉田 将;Masashi YOSHIDA;吉田 将;吉田 将
• 通讯作者: 吉田 将

Drift field generation with Cockcroft-Walton voltage multiplier in xenon gas for AXEL 0νββ search detector

使用 Cockcroft-Walton 电压倍增器在氙气中为 AXEL 0νββ 搜索探测器生成漂移场

• 发表时间: 2019
• 作者: Yoshida M;Ban S;Hirose M;Ichikawa A K;Iwashita Y;Kikawa T;Minamino A;Miuchi K;Nakadaira T;Nakajima Y;Nakamura K D;Nakamura K Z;Nakaya T;Obara S;Sakashita K;Sekiya H;Sugashima B;Ueshima K;吉田 将;Masashi YOSHIDA;吉田 将;吉田 将;Masashi YOSHIDA
• 通讯作者: Masashi YOSHIDA

高圧キセノンガスTPCでミグダル効果の観測なるか?

在高压氙气 TPC 中可以观察到 Migdal 效应吗？

• 发表时间: 2020
• 作者: Q. Meng;E. Hiyama;A. Hosaka;M. Oka;P. Gubler;K.U. Can;T.T. Takahashi;H.S. Zong;Toshinori Mori;秋光萌, 曹慶紅, 蔡雲漢, 田中遥暁, 三木景介, 染谷諒, 小野靖;吉田 将
• 通讯作者: 吉田 将

AXEL: High-pressure Xe gas TPC for BG-free 0ν2β decay search

AXEL：用于无 BG 0ν2β 衰变搜索的高压氙气 TPC

• DOI: 10.1016/j.nima.2019.162803
• 发表时间: 2020
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
• 作者: Obara S.;Ban S.;Hirose M.;Ichikawa A.K.;Kikawa T.;Nakamura K.Z.;Nakaya T.;Tanaka S.;Yoshida M.;Iwashita Y.;Sekiya H.;Nakajima Y.;Ueshima K.;Miuchi K.;Nakamura K.D.;Minamino A.;Nakadaira T.;Sakashita K.
• 通讯作者: Sakashita K.