JP6884228B2 - ニュートリノ検出器装置、ニュートリノ検出システム、およびニュートリノを検出する方法 - Google Patents
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Description
[1]E. Christensen et al., "Phys. Rev. Lett." vol. 113, 2014, p.042503;
[2]欧州特許第0102398号;
[3]A. Drukier et al., "Phys. Rev. D" vol. 20, 1984, p.2295;
[4]R. Strauss et al., "Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A" vol. 845, 2017, p.414-4172016;
[5]F. Proebst et al., "J. Low. Temp. Phys." vol. 100(12), 1995, p.69-104。
本発明の目的は、通常の検出器技術の限界を解消(回避)することができ、特に改善された感度閾値を実現し、例えば、地上でのニュートリノ検出を可能にしおよび/または改善されたバックグラウンド(背景)抑制を提供する、改良または改善されたニュートリノ検出器装置および方法を実現することである。さらに、本発明の目的は、少なくとも1つのニュートリノ検出器装置を含み、通常の検出器システムの限界を解消(回避)することができ、特に調査環境での移動動作が可能になる、改良されたニュートリノ検出器システムを実現することである。
これらの目的は、それぞれ対応して、独立請求項の特徴を含むニュートリノ検出器装置、ニュートリノ検出器システム、およびニュートリノを検出する方法によって解決される。本発明の好ましい実施形態および適用例は従属請求項に記載されている。
本発明の好ましい実施形態の特徴を、ニュートリノ検出器装置の詳細、特にその検出器の構造および配置、を参照して以下で説明する。例えば冷却および真空装置の詳細のような、ニュートリノ検出器装置を含むニュートリノ検出器システムの特徴は、従来技術でそのようなものとして知られているので、説明しない。以下では、原子力発電所を監視するためのニュートリノ検出器システムを例示的に参照する。本発明は、この適用例に限定されることなく、人工的起源または天然起源の他のニュートリノ源を監視するのにも使用することができ、例えば、室内実験または他の試験において、または放射性地質形成を含む地質調査現場において、または天体素粒子検出において、使用することができる。以下では、CaWO4系ターゲット検出器を含むニュートリノ検出器システムを例示的に参照する。本発明は、この材料に限定されることなく、重原子核、特にWまたはMoを含む他の結晶を用いて、例えば、PbWO4、ZnWO4、CsI、CdWO4、CaMoO4、CdMoO4またはZnMoO4の結晶を用いて、実現または実装することができる。
Claims (28)
- ニュートリノを検出するよう構成されたニュートリノ検出器装置(100)であって、
− ターゲット結晶(11)およびターゲット温度センサ(12)を含む少なくとも1つのターゲット検出器(10)を含み、
前記ターゲット結晶(11)は、検出対象のニュートリノと前記ターゲット結晶(11)との相互作用に応答してフォノンを生成するよう適合化され、前記ターゲット温度センサ(12)は、前記ターゲット結晶(11)において生成されるフォノンの吸収に応答して温度変化を検出するよう配置され、
− さらに、内部ベトー温度センサ(23)を有する少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)を含む内部ベトー検出器(20)を含み、
前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)は、前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)を支持するよう、および、バックグラウンド相互作用事象に応答してフォノンを生成し前記内部ベトー温度センサ(23)を用いて前記フォノンの吸収に応答して温度変化を検出することよって、前記バックグラウンド相互作用事象をアンチコインシデンスに基づいて識別するよう適合化され、
− 前記ニュートリノ検出器装置(100)は極低温で動作するよう構成され、
特徴として、
− 前記ターゲット結晶(11)の結晶体積、および前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット温度センサ(12)のサイズは、前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の地上感度閾値が180eV未満となるように選択され、
− 前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)は前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)を囲んで、前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)が前記内部ベトー検出器(20)内に配置されるようにされ、
− 前記内部ベトー検出器(20)を収容するための外部ベトー検出器(30)が設けられ、
前記外部ベトー検出器(30)は、バックグラウンド放射との相互作用に応答してフォノンを生成するよう適合化され外部ベトー温度センサ(33)を有する少なくとも1つの外部ベトー部品(31)を含み、前記外部ベトー部品(33)は前記少なくとも1つの外部ベトー部品(31)において生成されたフォノンの吸収に応答して温度変化を検出するよう配置されるものである、
ニュートリノ検出器装置(100)。 - 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット結晶(11)の前記結晶体積および前記ターゲット温度センサ(12)の前記サイズは、前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記地上感度閾値が100eV未満、特に50eV未満、になるように選択されるものである、請求項1に記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット結晶(11)は立方体形状を有するものである、請求項1または2に記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記ターゲット結晶(11)は10mm未満の端縁長さを有するものである、請求項3に記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット温度センサ(12)は超伝導転移端センサである、請求項1乃至4のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 複数のターゲット検出器(10)のアレイ(13)が前記内部ベトー検出器(20)内に設けられている、請求項1乃至5のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記複数のターゲット検出器(10)の複数の前記ターゲット結晶(11)は共通のウェハ部品から形成されるものである、請求項6に記載のニュートリノ検出器装置。
- さらに、前記内部ベトー検出器(20)内に配置された少なくとも1つの参照ターゲット検出器(40)であって、前記バックグラウンド相互作用事象に応答してフォノンを生成するよう適合化された参照ターゲット結晶と、前記参照ターゲット結晶において生成されたフォノンの吸収に応答して温度変化を検出するよう配置された参照ターゲット温度センサとを含む少なくとも1つの参照ターゲット検出器(40)を含む、請求項1乃至7のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記ターゲット結晶(11)と前記参照ターゲット結晶の双方が軽原子核を含む、請求項8に記載のニュートリノ検出器装置。
- 複数の参照ターゲット検出器(40)のアレイ(43)が前記内部ベトー検出器(20)内に設けられる、請求項8または9に記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)は、全ての空間的方向に沿って前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)を囲むものである、請求項1乃至10のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)は単結晶ウェハを含むものである、請求項1乃至11のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)は、シリコンまたはサファイア・ウェハを含ものである、請求項1乃至12のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21、21A、21B、26A、26B)は、10μm乃至1mmの範囲の厚さを有するものである、請求項12または13に記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記内部ベトー検出器(20)の少なくとも2つの内部ベトー部品(21A、21B)は、前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の両側に配置され、
前記内部ベトー部品(21A、21B)は、前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)を間に固定する複数の第1の支持要素(24)を有するものである、
請求項1乃至14のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。 - 前記内部ベトー検出器(20)は、複数の第2の支持要素(25)を介して前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21A、21B、26A、26B)を支持するよう適合された少なくとも1つの受動的な支持部品(22)を含むものである、請求項1乃至15のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記第1および第2の支持要素(24、25)は、
− 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット結晶(11)と前記内部ベトー部品(21A、21B)の間の熱結合が、前記ターゲット温度センサ(12)を介した前記ターゲット結晶(11)から周囲の熱浴への熱結合と比較して無視し得るものである、および/または
− 前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21A、21B)と前記受動的な支持部品(22)の間の熱結合が、前記内部ベトー温度センサ(23)を介した前記少なくとも1つの内部ベトー部品(21A、21B)から前記周囲の熱浴への熱結合と比較して無視し得るものである
ように大きさが調整された複数の接触面を形成するものである、
請求項15または16に記載のニュートリノ検出器装置。 - 前記第1および第2の支持要素(24、25)は点状の接触面を形成するものである、請求項17に記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記外部ベトー検出器(30)の前記少なくとも1つの外部ベトー部品(31)は単結晶材料で形成されているものである、請求項1乃至18のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- 前記外部ベトー検出器(30)は、前記内部ベトー検出器(20)を囲む容器を形成する少なくとも2つの外部ベトー部品(31)を含むものである、請求項1乃至19のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。
- − 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット結晶(11)は、前記ターゲット結晶(11)におけるバックグラウンド相互作用事象に応答して光子を生成するよう適合化され、
− 前記内部ベトー検出器(20)は前記光子を検出するよう適合化されるものである、
請求項1乃至20のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置。 - − 請求項1乃至21のいずれかに記載の少なくとも1つのニュートリノ検出器装置(100)と、
− 前記少なくとも1つのニュートリノ検出器装置(100)を冷却するよう配置された冷却装置(210)と、
− 前記少なくとも1つのニュートリノ検出器装置(100)を真空引きするよう配置された真空装置(220)と、
− 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット温度センサ(12)と、前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー温度センサ(23)と、前記外部ベトー検出器(30)の前記少なくとも1つの外部ベトー温度センサ(33)とに結合された制御装置(230)と、
を含むニュートリノ検出器システム(200)。 - さらに、電力供給用に配置されていて、固定電力網とは無関係に前記ニュートリノ検出器システムを作動させる発電機装置(240)を含む、請求項22に記載のニュートリノ検出器システム。
- 移動式運搬装置(250)上にまたは静止容器(260)に含まれる、請求項22または23に記載のニュートリノ検出器システム。
- − 調査対象の環境(300)に請求項1乃至20のいずれかに記載のニュートリノ検出器装置(100)を設ける工程と、
− 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)の前記ターゲット温度センサ(12)、前記内部ベトー検出器(20)の前記少なくとも1つの内部ベトー温度センサ(23)、および前記外部ベトー検出器(30)の前記少なくとも1つの外部ベトー温度センサ(33)を時間の関数として収集する工程と、
− 前記少なくとも1つのターゲット検出器(10)におけるニュートリノ散乱事象を識別するために、前記収集された複数のセンサ信号を分析する工程と、
を含む、ニュートリノを検出する方法。 - 前記ニュートリノ検出器装置(100)が地上で作動される、請求項25に記載の方法。
- 調査対象の前記環境(300)は原子力発電所(310)を含むものである、請求項25または26に記載の方法。
- − 調査対象の前記環境(300)において標的部位からの相異なる距離にある少なくとも2つの異なる検出位置に、前記ニュートリノ検出器装置(100)を設ける工程と、
− 前記相異なる検出位置において前記複数のセンサ信号を収集する工程と、
− 前記収集された複数のセンサ信号を分析する工程であって、バックグラウンド状態が、前記相異なる検出位置における前記収集された複数のセンサ信号の差によって特徴付けられるものである工程と、
を含む、請求項25乃至27のいずれかに記載の方法。
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