super-kamiokande gadolinium r&d project : gd添加 …研究動機 200ton...

GdGd添加水チェレンコフ検出器添加水チェレンコフ検出器EGADSEGADSにおけるにおけるRayleighRayleigh散乱の測定散乱の測定

阿久津　良介(東京大学宇宙線研究所^G)

池田一得^G^,奥村公宏^G^,亀田純^G^,矢野孝臣^Bfor the Super-K Collaboration

Okayam^A^, Kobe U^B^, UA Madrid^C^, U California,Irvine^D^, IPMU^E^, Kyoto^F^, U of Tokyo ICRR^G

Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project :Super-Kamiokande Gadolinium R&D Project :

研究動機200ton 200ton 水チェレンコフ型検出器水チェレンコフ型検出器(EGADS)(EGADS)ででGdGd添加水の添加水のRayleighRayleigh散乱測定を行う散乱測定を行う..

阿久津　良介　東京大学　宇宙線研究所　/ 21 Mar. 2015 / JPS

● GADZOOKS!計画 : Super KamiokandeにGd2(SO

4)

3を添加し、Gdの

中性子捕獲によりνと反νの識別能力を与える. 超新星背景ニュートリノGdの添加は純水の透過率を変え、検出器性能に影響を及ぼす可能性.

αtotal

= αscattering

+ αabsorption

全減衰係数はUDEALで測定可能.

検出器性能は全減衰係数:αtotal

だけではなく散乱成分:αscattering

と吸収成分:αabsorption

の変化に依る.

● 水の透過率 : 減衰係数αで決まる.

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散乱か吸収が分かれば良い.

純水から0.2%Gd添加水での透過率の変化

SKでの識別能力の変化　(MC:FCFV 1R)

EGADSでの測定結果

大気ニュートリノ、T2K、陽子崩壊等の物理感度が変化.

レーザーインジェクター

レーザーインジェクター : レーザーとダンパーより構成される.

レーザー : 直線偏光レーザー. 3波長(337, 375, 407nm)

ダンパー : レーザーの吸収及び反射.


リフレクターダンパー(断面図)

ダンパー（正面）

レーザー

リフレクター

アブソーバー

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セットアップ


● 光路中点がタンク中心に重なるよう　インジェクターを設置.

リフレクターOFF : 散乱光測定

● 224個のPMTでレーザーの散乱および反射光を観測.

( 散乱光 ) / ( 全光量 )

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リフレクターON : 全光量測定リフレクターOFF : 散乱光測定

散乱確率

阿久津　良介　東京大学　宇宙線研究所　/ 21 Mar. 2015 / JPS 4/11

MCによる見積り

θ : 21点存在　 → ボトム:7 + バレル:7 + トップ:7

減衰係数

純水 : SK MCで使用される

0.2% Gd : UDEALの測定結果 ● 0.2%Gd添加水の透過率の変化を 100%散乱、100%吸収からの変化と仮定し、純水からのRayleigh散乱測定の変化を予測.

Cosθ-分布 : 337nm (MC)Hits/PMT/Event/Tot. Charge[p.e.]

イベント　ディスプレイ


純水 : 337nm

リフレクター ON (全光量測定)リフレクター OFF (散乱光測定)Hits/Event/Hits

MAXCharge[p.e.]/Event/Charge

MAX[p.e.]

HitsMAX

= 0.033 ChargeMAX

= 4.4 [p.e.]

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Top

Bottom

新型光センサー

解析方法


● 散乱によるヒットの選択

　1. PMTのヒット時間とレーザーの飛行　時間を用いる. → ヒストグラム(赤)

2. ピークを含む25ns間のヒットを選ぶ.　　 → ヒストグラム(青)

純水 : 337nm : レフレクター OFFHits/Tot. Events

● 補正

中心

d

dmin

光量の補正 = (d/d

min)2

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距離による違いの補正ダークノイズ

PMTアクセプタンス相対量子効率

θvis

Φ-分布

● 直線偏光レーザーからのRayleigh散乱の観測を強く裏付ける.

純水 : 337nm : リフレクター OFF

7列

Hits/Event/PMT

インジェクターの影


cosθ-分布

cosθ-分布 : 純水

Hits/PMT/Event/Tot. Charge[p.e.]


Barrel Hits/Event/Tot. Charge[p.e.]

Bottom

Barrel

Top

● ボトムとトップの非対称性　→ レーザーハローからの反射と推定.

● バレルはcosθについて対称的　 → 散乱光の波長依存性を評価.

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∝ 散乱確率 : 純水

∝ 1/λ4

純水vs0.02% Gd添加水


cosθ-分布

Hits/Event/PMT/Tot. Charge[p.e.]

∝ 散乱確率

Barrel Hits/Event/Tot. Charge[p.e.]

: 純水データ : 0.02%Gd添加水データ

Bottom

Barrel

Top

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● 純水と0.02%Gd添加水で測定済み.

まとめ


● Gd添加水の減衰係数の測定が必要であることが述べられた.

● EGADSでのRayleigh散乱の測定方法が示された.

● 純水と0.02%Gd添加水での測定が行われ、散乱光について大きな差は見られなっかた.

● 今後の予定

◆ 0.1%及び0.2%(目標濃度)Gd添加水での測定.

◆ MCを用いて反射光の見積り及び除去、減衰の散乱成分の見積り.

◆ 測定結果をSuper KamiokandeのMCに入れ、物理感度の変化を調べる.

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