Transcript uPIC - 京都大学

NEWAGE12
～神岡地下実験報告4～
日本物理学会2009年年次大会 2009年3 月27日 立教大学
西村 広展
谷森達, 窪秀利,身内賢太朗,株木重人,高田淳史A
服部香里, 上野一樹,黒澤俊介, 井田知宏, 岩城智,高橋慶在
京都大学理学研究科, JAXA/ISASA
１、NEWAGE
(New generation WIMP search with an advanced gaseous tracker experiment)
２、神岡地下実験報告4 --神岡 地下 First result
３、今後の改良・活性炭フィルターの導入
１、NEWAGE
方向感度をもつ
WIMP直接探査実験
Gas検出器(現状)
３D tracker with μ- TPC
23 ×28 ×31cm3 有感体積
CF4 0.2atm 8.7g（fiducial）
>100keV
ΔE/E～50％（FWHM）＠５MeV
Δσ～45°＠100keV
WIMP
WIND
θ
F
反跳原子核
K.Miuchi et. al.
PLB６５４（2007）58
神岡operation 2008
2007 2008
Dec. Jan.
2009
Apr.
DM run3
DM run
exposure
1.744
[kg∙days]
Cf. 2007
Jun
Sep
Dec
DM run4 DM run5
0.602
0.524
DMrun1,DMrun2 :1/4 volumeRUN
DM run3: Old parameter run (GEM gain 2 )
DM run4: Rich Rn run
DM run5 : high GEM gain run (GEM gain4)
Mar
循環テスト
high Gem gain run
Detector構成部品：U、Th とその娘核 等
Gas
：222Rn 及び娘核
α線（5-8MeV）
GEMのGain調整で
低エネルギー成分
除去可能と予想。
2008年秋季大会＠山形より
High GEM gain run
GEMのゲインを2倍に変更
GEM間
265V
～×2
uPIC anode 515V ～×1000
～×4
WIMP-WIND
direction
uPIC anode 450V ～
×500
GEM間
310V
赤:Run-3 （従来）
緑：Run-4（RnRICH）
青：Run-5
（high GEM gain）
0
|cosθ|
1
Directional Methods
(詳しくは西村D論 http://www-cr.scphys.kyotou.ac.jp/theses あたり参照)
WIMP-wind model.
90％C.L.
Flat back ground model.
Direction-sensitive 法におけるSD Upper limit を更新
JPS 2009 spring@ Rikkyo
BG 現状分析 （Geant4）
赤：DM run 5
紫：GEM U 4e-6g/g
黒：gas
Rn 3.8e-15g/g
緑：γ-ray
青：紫+黒+緑
suppression factor ×30
・GEMのゲイン調整
⇒紫成分 減
・Rn成分（黒）
・γ線成分
JPS 2009 spring@ Rikkyo
高性能化・大型化・低Background化
低エネルギーthreshold
⇒ 低圧動作 （2008JPS秋身内 0.1atm動作確認 ）
 大型化
⇒ 30×30×50cm3 （2008JPS秋身内 ）


低バックグラウンド化
GEM電圧 調整
 Rn 除去
 γ線除去
 中性子対策
JPS 2009 spring@ Rikkyo

Rn 除去システムの導入
ゲッター：H2O等除去
活性炭： 222Rn 等除去
ゲッター合金
カートリッジ
（サエス・ゲッター社）
TPC
テフロンベローズポンプ
活性炭
JPS 2009 spring@ Rikkyo
12月
1月
2月
活性炭＋ガス循環導入により
⇒Rn量2割以下
Cf.従来 1か月後 5cm/us
循環
停止
期間
ドリフト速度
長期安定性 up
（従来の3倍以上長持ち）
Cf.従来 1か月後 >10counts/keV/kg/days
Rn量
（６MeVピーク）
ガスgain
(相対値)
Cf.従来 1か月後 gain 70％
12月
1月JPS 2009 spring@ Rikkyo
２月
まとめ
NEWAGE dark matter run ～2kg・days
high GEM gain run
0.5kg・days
Directional な方法でのDM探索
SD σ=5400pb＠150GeV/c2
活性炭・循環システム試験
Rn減少
安定性up
現在神岡TPCに導入。
⇒冷却してRn除去率効果をupへ
JPS 2008 autumn @Yamagata
END
JPS 2008 autumn @Yamagata
今後の対策・展望
Rn対策
活性炭を用いた循環式222Rn除去システム
Rnが発生しにくい物質の選択。
γ線対策
γ線詳細シミュレーション
20aSJ-3
Tracking能力向上（DAQ logic改良） 服部講演
低エネルギーthreshold 化
低圧力運用 0.2atm ->0.1atm->0.05atm
JPS 2008 autumn @Yamagata
μ-TPC Performance ➁
Direction map of recoil nucle
～Tracking nuclei (C ,F)
(100keV-400keV)
North
Recoil C and F
West
scatted by neutron.
zenith
East
TPC 252
W
N
E
Cf
Angular resolution for track
rms=45°
or 100keV-400keV C and F track
Red：expected (100-400keV)
Geant4+ angular solution(45°)
角度分解能 for Track
中性子照射時の cosθ 分布を Gean4＋角度分解能と比較。
Geant4 dataにくみこむ角度分解能を
パラメータとしてFitのχ2を計算
46±5°（100keV-400 keV）
4.198MeV（238U→234Th）
4.775MeV （234U→230Th）
4.688MeV（230Th→226Ra）
4.784MeV （226Ra→222Rn）
5.490MeV （222Rn→218Po）
6.003MeV（218Po→214Pb）
7.687MeV（214Po→210Pb）
5.304MeV（210Po→206Pb）
4.013MeV（232Th→228Ra）
5.432MeV （228Th→224Ra）
5.685MeV（224Ra→220Rn）
6.288MeV （220Rn→216Po）
6.779MeV （216Po→212Pb）
8.785MeV（212Po→208Pb）
6.051MeV（212Bi→208Tl）
Radon Progency
～100keV
→quenching 量の見積もり
Poの収集効率は？
Pbの検出効率は？
→Rnが作るスペクトルを
含めて計算してみよう。
214Pb
Paling, Cygnus 2007
大きな目標
現状 104 pb
当面30cm cube
→100～10-1
Eｔｈを下げて1桁
BGrateで3桁下げる
→10-1～10-2cts/keV/kg/days
BackGround Study まとめ 裏
DriftPlane（天井） とGEM（上向き成分） ：
現状は影響小
10ppb →1cts/keV/kg/days なので
＜0.1～0.01ppb 目標
uPIC-GEM間：
低エネルギーに強い寄与。
天井の10～102倍
これらの混じり合わせで現状
BGの可能性あり。
U,Th,Rnの分布の一様性
Rn（30ｃｍvolume中）
GEMから
uPICから
空間Rnから
現状10％程度の寄与。数cts/keV/kg/days
10-2～10-3の削減が必要
検出器応答
エネルギー校正
•
•
•
•
•
ガラスに蒸着した10B ( 厚さ0.6μm )
ドリフトケージ内部にセット、外から252Cfの中性子を減速して照射
10B(n,a)7Li 反応 (Q=2.70MeV 1.8MeV for a)
原子核による校正、低エネルギーへの線形性は別途確認示す必要あり
現状では、校正には6時間程度、見せれる絵には12時間程度かかっている
XYイメージ
スペクトル
keV
エネルギー vs 飛跡長
スペクトル
(GEANT4）
a
a+Li
2000
keV
地上RUN
Cosγ distribution
dru
K.Miuchi et. al.
To appear in PLB
Preprint arXiv:0708.2529
0
|Cosγ|
1
SKYMAP
101
102
GeV/c2
103
Direction of
WIMP wind
Rn rich run
低エネルギー成分
6MeVピーク dru
湧出Rnと平衡になるまで減少
0
100
200
300 keV
６MeVピーク
0
3
6
9
12 days
6MeVピークｖｓ低エネルギー成分
200keV-400keV
Geant4の結果の裏付け
⇒high GEM gain run E>110keV
でDominant
1
3
5
7
9 MeV
６MeVピーク dru
0
JPS 2008 autumn @Yamagata
６MeVピーク dru
Conventional methode
検出器応答 を考慮した
Expected spectrum.
各WIMP mass に対して
90%C.L. で棄却できる断面積で
Upper limit決定
黒:50GeV/c2
赤:100GeV/c2
緑:200GeV/c2I
MP mass
に対して
100-110keV
bin で比較
JPS 2009 spring