液体キセノン中のチェレンコフ光の分光測定と大規模宇宙素粒子実験への応用

液氙中切伦科夫光的光谱测量及其在大规模宇宙粒子实验中的应用

• 批准号: 22K03651
• 负责人: 中村 正吾
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03651/
• 关键词: 液体キセノン; チェレンコフ光; 分光測定

本研究では，液体キセノン（LXe）中で発生する微弱なチェレンコフ光について，真空紫外（VUV）の約160nmから近赤外（NIR）の約1000nmまでの広い波長領域で分光測定してスペクトルを求める。そして得られたスペクトルの情報から，LXe中を高速走行する荷電粒子を弁別する可能性を議論し，LXeを大規模に用いる暗黒物質探索や２重β崩壊探索，太陽ニュートリノ観測など，高速の電子の発生を伴うイベントの弁別が有用と考えられる最先端の宇宙素粒子実験でのチェレンコフ光の利用を推進する。チェレンコフ光の分光測定は，LXeをチェッキングソースの放射線で励起して発するシンチレーション光を分光測定するためのVUV分光器と冷却CCDカメラを組み合わせた既存の実験系を流用して行なうが，チェレンコフ光はシンチレーション光の約100分の1の強度の微弱光のため，ノイズを十分に抑えシンチレーション光の寄与も正確に評価して差し引く必要がある。そこで，冷却CCDカメラについては熱ノイズとその揺らぎを正確に評価する。また，LXeを励起するチェッキングソースの放射線は，Sr90線源のβ線とCo57線源の低エネルギーのγ線とでチェレンコフ光の発生率が異なると予想されるので，それらによる両スペクトルを比較する。また，スペクトルの補正において波長較正と強度較正の精度も十分に上げる。初年度である今年度は，重水素光源とキセノンフラッシュ光源を用いたVUV-UV領域での波長較正手法を確立した他，VUV-NIRの広い波長域において透明な光学結晶（フッ化マグネシウム，フッ化バリウム，合成石英）で発生するチェレンコフ光を分光測定することで，測光系のSN比の向上と強度較正手法の検討を行なった。結果の一部は，実験装置を共用する液体キセノンの赤外発光の研究発表の一部として，2022年秋と2023年春に日本物理学会で発表した。

In this study, the weak light emitted in liquid xenon (LXe) was determined by spectrophotometry in the wavelength range from about 160nm to about 1000nm in vacuum ultraviolet (VUV) and near infrared (NIR). In addition, the information obtained from LXe shows that it is possible to differentiate charged particles traveling at high speed in LXe. LXe is used for large-scale dark matter exploration and 2-fold beta collapse exploration. The solar system is used for detection and detection of high-speed electron generation. UV Spectroscopic Measurement of LXe Radiation and Cooling CCD Spectroscopic Measurement It is necessary to make a correct evaluation of the situation. The cooling CCD can be used to correct the temperature and temperature. In addition, the emission rate of Sr90-ray source and Co57-ray source is different. The correction of the wavelength is more accurate and the intensity is more accurate. In the first year of this year, the wavelength correction method in the VUV-UV field was established for the use of heavy halogen light sources, and the wavelength correction method in the VUV-NIR wavelength domain was established for the production of transparent optical crystals (synthetic quartz). Part of the results were published by the Japanese Physical Society in autumn 2022 and spring 2023.

项目成果

液体キセノンの赤外発光の測定-10

液态氙10红外发射的测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 谷山天晴，中村正吾，小林和哉，吉本圭佑，出石汐里，笠見勝祐，斎藤究，佐々木慎一，春山富義，三原智，森山茂栄

液体キセノンの赤外発光の測定-９

液态氙9红外发射的测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 谷山天晴，中村正吾，小林和哉，吉本圭佑，出石汐里，笠見勝祐，斎藤究，佐々木慎一，春山富義，三原智，森山茂栄;谷山天晴，中村正吾，小林和哉，吉本圭佑，出石汐里，笠見勝祐，斎藤究，佐々木慎一，春山富義，三原智，森山茂栄
• 通讯作者: 谷山天晴，中村正吾，小林和哉，吉本圭佑，出石汐里，笠見勝祐，斎藤究，佐々木慎一，春山富義，三原智，森山茂栄