レーザー共鳴イオン化を用いた ラドン除去手法の開発状況 日本原子力研究開発機構 東京大学宇宙線研究所A 岩田 圭弘 関谷洋之A，伊藤主税 日本物理学会第69回年次大会 東海大学湘南キャンパス 2014/3/30 (Sun.) 本研究は科研費（24654060, 25707020）の助成を受けたものである。 1/12 Outline • Xeを用いた暗黒物質探索実験におけるRn低減 ＊ レーザー共鳴イオン化 + 電場ドリフト を用いた ラドン選択的除去の検討 • （1）微量Kr含有Ar を用いた電場ドリフト ＊ 電場ドリフトされた陽イオンをオシロスコープで観測 • （2）光パラメトリック発生（OPG）光学系の開発 ＊ 共振器なしのシンプルな光学系で波長・出力安定化 • まとめ、今後の予定 2/12 Xeを用いた暗黒物質探索実験に おけるバックグラウンドRnの低減 • 222Rnは最大の内部BGであり、Xeを 循環させて連続的に除去 Rnを共鳴 イオン化 • 冷却活性炭は、同族のXeも吸着 • パルスレーザー（VUV+可視）で Rn のみ共鳴イオン化し、電場ドリフト 3/12 （1）微量Kr含有Arを用いた電場ドリフト • ~10 ppm Kr 含有の大気圧 Ar に 212.6 nm（5 ns pulse） を集光し、Kr を（2γ+γ）共鳴イオン化 電極2枚と 高圧（HV）, オシロ（OSC）配線 集光 212.6 nm で Kr を （2γ+γ）共鳴イオン化 ~5 mJ/p at 212.6 nm 4/12 （1）セットアップ写真 • （左）セットアップ全体 （右）電極部分 パワーメータ 圧力計 ⇔ 8 mm 高圧電源（HV） HV → OSC オシロスコープ（OSC） 212.6 nm HV印加 + 信号 取り出しフランジ ガス導入 （右写真） 212.6 nm レンズ BNC×2付 ICF70フランジ 5/12 • （赤）HV = +1kV, 共鳴 212.6 nm （緑）HV = +1kV, 非共鳴 211.6 nm （青）HV = -1kV, 共鳴 212.6 nm • HV = -1kV（青）で観測されない 数μs成分は、電場ドリフトされた 陽イオン（Ar+, Kr+） 最短の飛行時間 （1）オシロスコープ波形 陽イオン成分 （Ar+, Kr+） e－由来 6/12 （1）HV依存性 （+1kV → +500V） • 信号はHVに比例 ⇒ 比例計数管と同様 • Kr共鳴イオン化で生成した電子が、ArをEIイオン化 （Kr+はAr+にうもれているか） • 時間積分を見ると、Ar+が電荷を失う割合は小さいか • Kr+の観測には、パルス電流の増幅が必要 HV下げるとピークは低下し、 長時間側にシフト 7/12 （2）VUV光生成の安定化を目的とした 光パラメトリック発生（OPG）光学系の開発 • VUV光生成の入力光 212.6 nm 354.8 nm → 530.2 nm + 1072.8 nm 354.8 nm + 530.2 nm → 212.6 nm • 共振器なしの光パラメトリック発生 （OPG）光学系で 530.2 nm 生成 → Rn共鳴 励起用VUV ⇒ OPO: 光パラメトリック共振器 OPG: 光パラメトリック発生（共振器なし） 8/12 （2）改良レーザー光学系の全体像 励起光 1. OPG （OPOから改良） 1. OPG: 530.2 nm 生成 2. OPA: 530.2 nm 増幅 2. OPA 3. SFG 3. SFG: 212.6 nm 生成 主な改良箇所 9/12 （2）OPG光学系による 530.2 nm 光生成 • 354.8 nm（励起光, 5 ns） → 530.2 nm + 1072.8 nm • 波長変換に BBO結晶×４個 使用 • 半導体レーザー at 1072.8 nm（シード光, CW） を 励起光 と overlap ⇒ シード光にそって波長変換 共振器を組む代わりに、狭線幅の 波長可変半導体レーザー（ECDL） at 1072.8 nm を利用 ECDL: あり なし ビーム パターン 10/12 （2）従来OPOとの安定性比較 • （赤）改良OPG, （青）従来の共振器構造OPO • 530.2 nm 波長： 短時間の変動小さく安定、ドリフトなし • 212.6 nm 出力： 出力はOPOとほぼ同じ、変動小さい （励起光出力は同程度、ビーム径： OPG で Φ4.5, OPO で Φ6） • 共振器不要のため、光軸調整が容易 530.2 nm 波長 青から0.008 nm 引く 212.6 nm 出力 青に1 mJ/p 足す （励起YAG異なる） 1200 秒 1200 秒 11/12 Summary and future plans • レーザー共鳴イオン化によるRnの選択的除去 ⇒ 陽イオンの電場ドリフト、OPG光学系の開発 • （1）~10 ppm Kr 含有Ar を用いて、Kr共鳴イオン 化由来の電子がEIイオン化したAr+を電場ドリフト • （2）VUVレーザー生成の入力光（212.6 nm）につ いて、共振器を組まないシンプルなOPG光学系 により波長・出力安定化 • 今後の予定 Rn 共鳴イオン化の観測、電場ドリフトの設計 12/12
© Copyright 2024 ExpyDoc
![Download [PDFファイル／849KB]](http://s3.expydoc.com/store/data/007411896_1-32f22a8c03fb18c67843f917842635f4-250x500.png)
