ANKOK実験における中性子測定 2015/5/17　第3回若手ミニ研究会早大D1 鷲見気液2相型Ar検出器 L.Y. Nuclear Recoil DM , n L.Y. Electron Recoil γ, β S1 fast NR slow ER S2 dri$ &me *me *me ER事象BG : S1 PSD & S2/S1 で分離可能 NR事象BG：多重散乱なら除ける(veto含む) 10GeV WIMPの反跳エネルギースペクトルアルゴンと中性子の反応断面積気になる領域 Elastic Inelastic Capture ER事象 (除ける) 1~10barn ⇒ Mean Free Path ANKOKでの中性子Flux測定 ※私ではなく卒業した同期の仕事です 2相型Ar検出器市販液シン(BC-‐501A) 2日間(2014年8月) 水＋鉛シールド 7日間(2014年12月) シールドなし 5cm 実データ実データシミュレーションシミュレーションこの矛盾の理解・より正しい結果に至るため、ご意見・ご指摘おねがいします測定とシミュレーションの流れ測定データ取得 Event Selec*on (NR事象) 信号量スペクトル sim Fluxを仮定 Energy Deposit 分解能クエンチング信号量スペクトル ANKOK地上テストスタンド新宿区地上8階廊下側廊下側液シンカベアルゴン検出器・角部屋の窓際・床から~1.5m 液シン・隣の部屋の廊下側・床から数cm アルゴン検出器窓側窓側 ANKOK地上テストスタンド廊下液シン空～８ｍアルゴン検出器空アルゴン検出器によるデータ取得 log10 (S2/S1) セルフトリガーで波形データ取得内部Veto：LAr (PMT本) 外部Veto：上下・側面にプラシン Shield：　鉛～6mm、水～30cm Rate ：シールド無: 91 Hz à シールド有: 45 Hz シールドあり(0.41kg・day) NR領域 (Cf線源で決めた) S1 Slow/Total 1m x 1mシンチ（上階の床）液シンによるデータ取得液体シンチレータBC-‐501A ◆組成溶媒：キシレン溶質：発光材, POPOP, ナフタレン ◆ER/NRの波形弁別が可能 Fast ~ 32ns Slow ~ 270ns -‐> Slow/Totalを定義・扱いの容易なセットアップを構築 -‐ 宇宙線veto(プラシン×5) ・PSDのため、2種類の信号をADCで取得・各種線源データ、Backgroundデータ取得 PMT+BC501A HV Sig x 2 BC501A プラスチックシンチレータで四方を囲む環境中性子 γ, e, μ シミュレーションの構築：FluxとGeometry ◆エネルギー分布ー大谷氏(地上) legend ー EXPACS(大気) ー EXPACS(地表) ① 大谷氏修論 : 本郷キャンパスでの測定値 1.2 x 10-‐2cm-‐2sec-‐1, ﬂux ∝ 1/Eを仮定 ② EXPACS：大気中・地上での計算値 →環境のパラメータにより大きな差が出る両者をエラーバンドの上端下端とする ◆Geant4 Simula&on(Geant4.10.0) ・気液Ar,真空容器、鉛・水シールドを実装・セットアップを取り囲む球面上から、任意の場所で一様等方になるように中性子を生成・Physics Model -‐ 中性子 : G4NDL(ENDF-‐VII0) ・検出器Fiducial内で弾性散乱を起こした場合の反跳Energyを見積もる Arセットアップ水鉛 LSセットアップ Ar∗∗ → Ar∗ + heat Ar∗ + Ar → Ar∗2 (6) (7) クエンチングの実装【Lindhard s Theory】：核的消光因子 kg(") FLindhard = 1 + kg(") 消光因子 Ar∗2 → 2Ar + hν (8) （損失エネルギー）＝（電子的エネルギー）＋（核的エネルギー） (9) 発光成分非発光成分 ! 90ns V (t)dt t0 −50ns Fprompt = ! t0 +9µs (10) 消光因子・・・全損失エネルギーに対する電子的エネルギーの割合 V (t)dt t0 −50ns Ar (11) (12) " = 11.5Enr (keV)Z −7/3 (13) k = 0.133Z 2/3 A−1/2 (14) g(") = 3"0.15 + 0.7"0.6 + " (15) 【Birk s Low】：電気的消光因子アルゴンではLindhard(をスケールしたもの)、液シンはBirk’s Lowを使用線源データによるシミュレーション較正【原子核反跳事象】【電子反跳事象】 60Co 実データシミュレーション counts/sec/pes Ar 検出器 counts/sec/pes 検出器分解能・エネルギースケールの較正消光因子の較正実データシミュレーション S1 光量（pes）市販液シン 137Cs -‐ Data -‐ Sim S1 光量（pes） 252Cf -‐ Data -‐ Sim こうして得た測定結果 2相型Ar検出器市販液シン(BC-‐501A) 実データシミュレーション •  •  •  •  •  実データシミュレーション測定場所依存性？ Trigger Eﬃciency? Selec*on Eﬃciency? 中性子モデル(G4NDL ENDF-‐VII0)? クエンチング？？？？ Backup 核的消光因子の諸説 arXiv:1504.07878 ArDM Lindhard SCENE, ArDM arXiv:1406.4825 2相型、6.3pe/keVee arXiv:1504.07878 1相型、3.5pe/keVee