ガス飛跡検出器による暗黒物質探索実験 京大理 身内賢太朗 平成２１年度東京大学宇宙線研究所 共同利用研究成果発表会 1 実験概要 2 2009 年研究報告 (New generation WIMP search with an advanced gaseous tracker experiment)

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1 ガス飛跡検出器による暗黒物質探索実験 京大理 身内賢太朗 平成２１年度東京大学宇宙線研究所 共同利用研究成果発表会 1 実験概要 2 2009 年研究報告 (New generation WIMP search with an advanced gaseous tracker experiment) 谷森達・窪秀利 株木重人・西村広展 服部香里・上野一樹 黒澤俊介・岩城智・井田知宏

2 Goal: 暗黒物質の風を検出 （ 201? 年 ~ ） 低圧力 ( CF 4 0.05 atm ) ・大質量 （ 1m 3 × N ） 現状 : CF 4 0.2 atm ・ 30cm 角 １. NEWAGE 実験概要 WIMP WIND γ F F

3 μPIC 、マイクロ TPC “NEWAGE-0.3a” 40cm 検出部 X 読み出し (768ch) Y 読み出し (768ch) μPIC ガス検出器の特徴 原子核の飛跡検出（ 3 次元） ガンマ線バックグラウンド排除 FPGA 飛跡 処理回路

4 GEM(×10) TPC ２． 2009 年研究費報告 共同研究予算： 20 万円配分中 11 万円使用 （神岡旅費 11 万円・運送費 1 万円） 神岡への直納品 神岡からの運送費 など他財源からの支出が難しいものに 有意義 に使わせて頂いております。 3 ． 2009 年研究報告 地下実験報告 Astroparticle Physics.31 (2009) pp185 Phys. Lett. B 投稿中 地上での基礎実験

5 BG STUDY と対策 ガンマ線 ラドン 内部 α 線 ガス検出器 特有の BG 赤：神岡 青：地上 地下実験 keV count/keV/kg/days Kamioka RUN5 2008 年 10-12 月 0.52 kg ・ days BG × 1/5@100keV 制限更新も BG 低減必要 エネルギースペクトル 制限曲線

6 ガンマ線 エネルギー vs 長さで除去 除去率 8×10 -6 @100keV (RUN5) エネルギー [keV] 飛跡長 [cm] 137Cs run 1cm 以上を除去 短い飛跡 ( 原子核 ) ： pulse width 短い 長い飛跡 ( ガンマ ) ： pulse width 長い 飛跡長の評価に FADC の波形を導入 除去率 3×10 -6 に改善 RUN8 ~

7 ラドン 常温活性炭 ~100g (TSURUMICOAL 2GS)) RUN6 ~ 6MeV ラドンレート ×1/10 @day15 ガスゲインの安定性 ×2 以上 ラドンレート ガスゲイン ガス循環システム

8 抵抗 検出された TPC 電場形成のた めのフッ素樹脂 検出限界以下 テフロン板 GEM μ-PIC μ-PIC 基板 テフロン板を用いた 代替 TPC ケージ 製作中 0.3mm 銅線 改良 内部放射能 ラドン検出器で material screening

9 まとめ 地下実験 1st result を発表 BG 低減の STUDY 、改善を実行中 DAMA (CDMS) is NOT too far away! BG を 1/10 にして 0.1m 3 year 当面の目標 BG を 1/100 にし て 1m 3 year

10 2 事象よりはこっちの方が、、、 Eur. Phys. J. C (2008) 56: 333–355

11 2005 年 12 月 16 日 宇宙線研究所共同利用研究会 身内賢太朗

12 静電捕集型 Radon 計 (NEWAGE RD-1) SPEC （詳細は昨年秋の JPS 身内） SUS 容器 肉厚 3 内面電界研磨 Windowless PIN フォトダイオード （有効 10mm 角 S3590-02 ） 真空動作 Typical operation -375V 捕集 9V 逆バイアス 試料 Φ225 ｍｍ 150mm PIN 4 内部放射能 energy spectrum 214Po(U) 216Po(Th) 210 Po(U) 212Po (Th) time dependence 210Po 神岡の石 " 線源 "run

13 ３ ガンマ線 現状：エネルギー VS 長さで除去 エネルギー [keV] 飛跡長 [cm] 137Cs run 1cm 以上を除去 エネルギースペクトル 137Cs run( 赤 ) BG run( 青 ) BG 差っ引いて出した 電子飛跡の検出効率 8×10 -6 ：これを更に 低下させたい

14 VS ガンマ線 TPC 深さ方向の長さ FADC waveform によるカット 短い飛跡 ( 原子核 ) ： pulse width 短い 長い飛跡 ( ガンマ ) ： pulse width 長い エネルギー [keV] エネルギー 252Cf run 137Cs run pulse width[ns] pulse width/ エネルギー CUT γ 除去 (100keV) 8×10 -6 → 3×10 -6 に改善 ( 原子核 efficiency は 10% 以内のロス )