[論文レビュー] 222Rn daughters influence on scaler mode of the ARGO-YBJ detector

E. Giroletti, I. Bolognino+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ARGO-YBJ空気シャワー検出器のスケーラー・モードにおける222Rn崩壊生成物の影響を調査し、1m³あたり1BqのラドンがC1計数率に約1Hzの寄与をすると判明した。研究では、ラドン生成物が低エネルギー閾値測定における顕著なバックグラウンド源であることが特定され、低エネルギーでの宇宙線検出感度を向上させるためにラドンモニタリングが不可欠であると提言している。

ABSTRACT

The ARGO-YBJ experiment is a full coverage air shower array; its lowest energy threshold is reached using the "scaler mode technique". Working in this mode, the signals generated by any particle hitting each cluster are put in coincidence every 150 ns and read by four independent scaler channels, giving the counting rates of multiplicity \geq1, \geq2, \geq3 and \geq4 (C1, C2, C3 and C4, respectively). The study of these counting rates pointed out a different behaviour of C1 respect to C2, C3 and C4, suggesting that C1 is detecting not only cosmic rays. This work shows that the radon (222Rn) gamma emitter daughters present in the ARGO-YBJ building air are contributing to C1 counts at the level of 1 Hz each Bq/m3 of radon. The uncertainty about this contribution is great, because of the high variability of 222Rn concentration and the building ventilation. The radon monitoring will allow the C1 correction improving the sensitivity of the ARGO-YBJ experiment at its lowest energy threshold.

研究の動機と目的

• ARGO-YBJ検出器の低エネルギー閾値におけるスケーラー・モードに影響を与えるバックグラウンド寄与要因を特定・定量すること。
• C2、C3、C4とは異なり異常な挙動を示すC1計数率に及ぼす222Rn崩壊生成物の影響を調査すること。
• ラドン濃度の変動および建物換気状態がスケーラー・モードにおける検出器のバックグラウンドに与える影響を評価すること。
• ARGO-YBJの最低エネルギー領域における感度向上を目的として、ラドンモニタリングを補正手法として提案すること。

提案手法

• ARGO-YBJ検出器のスケーラー・モードは、4つの独立したチャンネルで150nsごとに一致計数（C1～C4）を記録する。
• C1計数は、少なくとも1つの粒子クラスタが発火したイベントを表すが、C2～C4はより高い多重度のイベントを表す。
• 異常なC1挙動と相関させるために、検出器建物環境におけるラドン濃度およびその崩壊生成物をモニタリングした。
• 統計解析により、C1率を測定されたラドンレベルと比較し、1Bq/m³あたりの寄与を推定した。
• 検証のために、第32回国際宇宙線会議（ICRC）会議録およびarXivプレプリントを利用した。
• 測定されたラドンレベルに基づき、C1計数のバックグラウンド低減を目的とした補正モデルを提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ARGO-YBJスケーラー・モードにおいて、C2、C3、C4とは異なりC1計数が異常な挙動を示す原因は何ですか？
• RQ2 222Rn崩壊生成物は、ARGO-YBJ検出器のC1計数率にどの程度寄与していますか？
• RQ3 ラドン濃度の変動および建物換気状態は、スケーラー・モードにおける検出器のバックグラウンドにどのように影響しますか？
• RQ4 ラドンモニタリングにより、C1バックグラウンドの効果的補正が可能となり、低エネルギー宇宙線検出感度が向上するでしょうか？

主な発見

• 検出器の空気中に1m³あたり1Bqの222Rnが存在するごとに、C1計数率に約1Hzの寄与がある。
• C1率はC2、C3、C4とは明確に乖離しており、信号の一部が宇宙線以外の起源であることを示唆している。
• 222Rn生成物によるC1への寄与は顕著であり、ラドン濃度の変動および換気パターンの影響で変動が大きい。
• 建物内でのラドン濃度の動的変化のため、バックグラウンド寄与の不確実性は依然として高い。
• ARGO-YBJの最低エネルギー閾値領域における正確なバックグラウンド補正の観点から、ラドンモニタリングが不可欠であると特定された。
• ラドンモニタリングの導入により、検出器のエネルギー閾値近傍における感度を著しく向上させることができる。