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低エネルギー太陽ニュートリノ検出のためのスーパーカミオカンデ III における バックグラウンドの研究

低エネルギー太陽ニュートリノ検出のためのスーパーカミオカンデ III における バックグラウンドの研究. 2007 年 9 月 24 日 東京大学宇宙線研究所　関谷洋之 日本物理学会　第 62 回年次大会　北海道大学. Status1: 水の透過率. 水の減衰長 ( 底面部 ) < 90m SKI, SKII では 100 ｍ以上あった。. 150m 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50. SK-II. 90m. SK-I. SK-III. SK-I SLE 1216days.

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低エネルギー太陽ニュートリノ検出のためのスーパーカミオカンデ III における バックグラウンドの研究

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Presentation Transcript

  1. 低エネルギー太陽ニュートリノ検出のためのスーパーカミオカンデIIIにおけるバックグラウンドの研究低エネルギー太陽ニュートリノ検出のためのスーパーカミオカンデIIIにおけるバックグラウンドの研究 2007年9月24日 東京大学宇宙線研究所　関谷洋之 日本物理学会　第62回年次大会　北海道大学

  2. Status1: 水の透過率 • 水の減衰長(底面部) < 90m • SKI, SKIIでは100ｍ以上あった。 150m 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 SK-II 90m SK-I SK-III

  3. SK-I SLE 1216days SK-III SLE 97days Z R 0 100 100 Status2: Vertex 分布 • 中心上部はSK-IIIは低バックグラウンドを実現 • Barrel とbottomはSK-IIIのほうが多い*（FRP,Rn） *壁際のイベントレートはSK-I,SK-IIIとも同じexternal gamma cutによって落とされている

  4. 2m Cut 8 7 5m Cut 6 5 Z 4 8 4 3 7 3 2 6 2 1 5 1 Motivation • 水の流れを理解して、Low BG 領域を広げたい。 • タンクを4mごとに区切って各層のBG時間変動を見た。 (1月～5月)

  5. BGの時間変動　(4.5-5.5MeV) 純水装置停止期間

  6. BGの時間変動 • 特に下部で変動が大きい。　 • 純水装置停止期間は天部のBGが上昇、底部は減少 SKタンク内の送水、返水配管 ID,OD top 35t/h OD bottom ID bottom • IDの底部から入れて、IDの上部から抜いている。 天部、底部は淀んでいる可能性

  7. Rn injection　：水流を見る • Rn溶解水をタンク内に注入、vertexの動きを追跡 • (0.35,-0.7,9.45),(+12,-0.7,5.45)に9.2Bq注入. 10cts/day/kt = 0.27mBq/m3 U系列を含む砂から放出された Rnガスを含む空気をバブリング 坑道空気 入ってしまった

  8. Flow? in Z direction 純水装置停止期間 • 循環時 Z方向に動いているようには見えない。 (35t/h =70cm/day) • 停止時 72cm /dayで下降している！ Rn injected at the center Rn injected near the edge

  9. タンク内で水は思うように流れていない • OD天部、底部に加え、ID上部も滞っている • 滞っているからLow BG？ ID,OD top 35t/h OD bottom ID bottom 水の流れを変える必要がある！

  10. 現在の状況 • 送水流量を増やしTop,Bottomからも返水 新設 OD top 12t/h ID,OD top OD bottom ID bottom 36t/h 60t/h Ver. from 23rd Aug 45t/h w/ RO, 15t/h w/o RO 12t/h

  11. (元通り上部の)LowBGを達成 • 下部はRnが何度か入ってしまった（Rn崩壊待ち）

  12. 再度Rn injection: 水の流れ確認 • (+0.3,-0.7,+9.45) 19Bq • (+0.3,-0.7,+1.45) 31Bq • (+0.3,-0.7,-6.55) 23Bq • (+11,-0.7,+5.45) 25Bq

  13. 各point の動き • 54cm/day で上昇、32cm/hで外向きへ • 86cm/day で上昇 • 26cm/day で上昇 • 水平方向に拡散？？ Rn injection後2時間の積分

  14. Rotation: XY-plane 6 hours 6 hours

  15. タンク内の水流：　停滞解消 • 左回りに回転しながら OD top ID,OD top OD bottom ID bottom

  16. 水の透過率 • 水の減衰長(底面部) > 90m　に改善中 150m 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 SK-III 90m

  17. まとめ • SK-IIIではSK-I以下のBGレベルを実現 • しかし、限られた領域のみで透過率は悪かった • 水が流れず、淀んでいるところがあった • 給水温度が環境依存で左右され、タンク内で対流発生 • そこで、パイプを新設、純水送返水モードを変更するとともに、循環流量を増加させた • 淀みをなくし、Low BGを実現し、透過率も改善した • 今後Ra除去に効果のあるRO増設して７０ｔ/ｈの流量を実現する予定

  18. Decay & flow 中

  19. タンク内水温 • ID、ODに４ｍ間隔で8箇所温度計投入 OD top ID,OD top OD bottom ID bottom

  20. まずは外向きに流れる？

  21. Dirty water in Z>0 (x=0,y=-7m). • Resistivity, particlecounts as of 23rd Jan.

  22. Bacteria in Z > 0 of the tank 20μm 5μm

  23. SK Water Purification System Circulation 35t/h Cooling water 0.4mBq/m3 < 2mBq/m3

  24. Water System Off • In order to separate the convection, the system was stopped from Apr 2nd to Apr 23rd • The temperature in every layer rose 0.11 ℃　in 20 days. • The power to heat up the 50000t water by 0.11℃ is 50000[t]×1000[kg/t]×1000[g/kg] ×4.2[J/g/℃]×0.11[℃] /(20[day]×86400[sec/day]) =13.4 [kJ/s] • Heating value of the IDPMTs is 1500[V]×1500[V]/6[MΩ]×11129=4.2[kW] • Heating value of the compensation coil is 30[V]×30[A]×7=6.3[kW] X=0, Y=-7m

  25. Favor for higher transparency may contradict with favor for Lower BG. • Settlement exist in the tank and it may cause the bad quality and bad uniformity of the water in the tank. • Before t2k starts, we should have improved and fix the operation mode. • It’s time of R&D now!

  26. 水の流れを変えてみた • 6/11から淀んでいると思われたところを • 給水温度はタンク上部の水温にあわせた。 OD top 20t/h ID,OD top OD bottom ID bottom 40t/h 20t/h

  27. flowモード変更 モード変更後

  28. System stopped BG　増えちゃったよ • 比抵抗などのパラメータは改善した。 • 水にRnが含まれているか、タンク内にRn供給源 • PMT/FRPのU起源のRnがでてきて、温度の高い上部に溜まるながれがある？ • PMT層を水が通過するのは避けねばならない • 流量増やして下から 　入れることにした。

  29. 温度と対流 • タンク底部の温度の 　　　　　　　時間変化 • 給水温度が高いと下から対流がおきて淀みをまきあげる • タンクZ方向の温度分布

  30. 側溝水を冷却水に使用 • カムランド蒸留の熱排水が流入 側溝水温 カムランド排水路を 切り替えた SK ID底部水温 タンクID底部水温低下

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