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 --チャコールフィルター 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 GEM間 310V uPIC anode 450V 赤:Run-3 緑：Run-4 青：Run-5 ～×4 ～×500 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 Directional Methods 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
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