Development of direction sensitive dark matter detector with ZnWO4 scintillators

ZnWO4闪烁体方向敏感暗物质探测器的研制

基本信息

批准号：
22H01245
负责人：
関谷洋之
金额：
$ 10.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01245/
关键词：
素粒子検出器暗黒物質方向感度極低放射能

项目摘要

中性子ビームを用いた低エネルギー原子核反跳測定に向けてZnWO4結晶からの集光量を増やすために、反射材の改良、高量子効率の光電子増倍管の使用、プリアンプの改良、そして結晶研磨方法の変更を行った。反射材にはアルミ蒸着シートを用いることで光量の時間変動を抑え系統誤差を小さくすることに成功した。光電子増倍管にはウルトラバイアルカリ光電面のものを採用することで集光量を1.26倍に増加できた。またプリアンプの積分時定数を33μs から68μsにすることでS/N 比が向上し、1光電子を測定することができるようになった。そして他の実験の随伴として実際に565keVの中性子ビームをあてる予備的な測定を実施し、シミュレーションと比較することで、低エネルギー酸素反跳イベントの取得ができることを確認した。また、これとは独立に異方性について、東北大学においてアルファ線ビーム、電子ビームなどで異方性を調査した。一方、低放射能化を目指し、結晶表面の研磨方法を変更した1cm角のZnWO4をロシアから購入して比較を行った。ダイヤモンドで鏡面研磨した従来の結晶と、高純度SiO2で研磨し表面状態は粗いが放射性不純物が少ないと思われる結晶とで発光量を比較した。その結果S iO2研磨の結晶の方が光量が1.2倍多く、表面状態の粗さによりむしろ集光量が増加することが分かった。放射性不純物の含有量自体は神岡地下の超高純度Ge検出器で測定を行って定量を試みたが、ダイヤモンド鏡面研磨結晶においても、ウラン、トリウム、カリウム等の上限値しか得られず、すでに十分低バックグラウンドを実現していることが確認できた。

为了增加使用中子束从Znwo4晶体收集的低能核后坐力测量的光量，我们已经改进了反射材料，使用高量子效率的光电层状，改进的前置放大器和改变的晶体抛光方法。通过使用铝制蒸气沉积表作为反射材料，我们成功地抑制了光的时间变化和减少系统误差的时间。通过将Ultra Vialkaline光电表面用作光电倍增管，收集的光量可以增加1.26倍。此外，通过将前置放大器的积分时间常数从33μs更改为68μs，S/N比已得到改善，从而可以测量一个光电子。然后，我们进行了初步测量，其中实际应用了565 KEV中子束作为其他实验的伴奏，并将其与模拟进行了比较以确认可以获得可以获得低能的氧气后退事件。此外，在Tohoku University使用Alpha梁，电子束等在Tohoku University进行了各向异性。与此同时，为了降低放射性，我们从俄罗斯购买了1cm Square Znwo4，从俄罗斯购买了1cm Square Znwo4，该Znwo4具有不同的晶体表面抛光方法，并比较了它们。比较了用钻石漆成镜面镜面的传统晶体和用高纯度SiO2抛光的晶体之间的光量，并且在表面状况下粗糙，但被认为没有放射性杂质。结果，发现S IO2抛光的晶体具有1.2倍的光强度，并且由于表面状况的粗糙度，收集的光量实际上增加了。放射性杂质含量本身是使用Kamioka中的超高纯度GE检测器地下测量的，以确定定量含量，但即使在镜面涂层的钻石晶体中，也只能获得铀，or，or，钾，钾等的上限，从而可以确认有足够低的背景已经达到了足够低的水平。