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

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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.