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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
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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