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1 CRC XMASS 800kg 1

2 Y. Suzuki, M. Nakahata, M. Shiozawa, Y. Takeuchi, S. Moriyama, A. Takeda, C. Mitsuda, H. Ogawa, Y. Koshio, K. Ishihara, M. Miura, S. Fukuda, A. Minamino, R. Nambu, Y. Ashie, J. Hosaka, Y. Taki T. Kajita, K. Kaneyuki, M. Ishitsuka S. Suzuki, T. Doke, J. Kikuchi, K. Kawasaki, A. Ota S. Nakamura, S. Oda, N. Kobayashi, Y. Hashimoto, T. Fukuda, S. Kamada, Y. Uchida, M. Kikuchi, K. Tomita Y. Fukuda, T. Sato K. Nishijima, T. Hashimoto, Y. Nakajima Y. Itow H. Ohsumi, Y. Iimori S. Tasaka Seoul National University Soo-Bong Kim, In-Seok Kang INR-Kiev Y. Zdesenko*, O. Ponkratenko (*Deceased) University of California, Irvine H. Sobel, M. Smy, M. Vagins, P. Cravens Sejon University Y. Kim 2

3 XMASS XMASS Xenon MASSive detector for Solar neutrino (pp/ 7 Be) Xenon neutrino MASS detector (double beta decay) Xenon detector for Weakly Interacting MASSive Particles (DM search) 3

4 ~ O(10 kev) E th = 20keV; 30 events/day E th = 5keV; 2000 events/day Electron equivalent 4

5 42 photons/kev ~NaI(Tl) 175nm PMT,QE30% Z=54 : 100 C14 3g/cc ( ) :EW cross section 2 ( 136 Xe, 8.9%) 5

6 γ (U/Th/K/Co/Cs/ ) µ RI Events/day U keV kev kev kev kev kev kev H 2 O 85 Kr, 42 Ar, U/Th α, β, γ keV Depth [cm] 500keV 20cm 6 5

7 Attenuation length (cm) ~O(50keV) Xe ~O(500keV) event rate (dru) ton 20cm 30cm ( 10t) energy (kev) 1. (42 photon/kev ~ NaI(Tl)) 2. 7 BG normalized by mass E (kev) U/Th γ pp, 7 Be 0 1MeV 2MeV 3MeV

8 CDMS EDELWEISS Low BG Ge XENON ZEPLIN-II R&D CRESST XMASS, DAMA, ZEPLIN-I Tokyo LiF, NaF SIMPLE 8

9 XMASS ~30cm (FV 3kg) R&D ~1m 800kg (FV 100kg) 5 ~2.5m ~20 ton (FV 10ton) 5 9

10

11 (Super-K ) MgF BG PMTs R8778 (31cm)

12 PMT 40ns PMT F(x,y,z,i) : p.e. n exp( µ ) µ Log( L ) = Log( ) PMT n! L: likelihood F(x,y,z,i) µ : x total p.e. Σ F(x,y,z,i) n: observed number of p.e. F(x,y,z,i): acceptance for i-th PMT (MC) VUV photon characteristics: L emit =42ph/keV τ abs =100cm τ scat =30cm FADC QADC === === QADC, FADC, 12

13 ( γ ) I A B C DATA MC A B C 13

14 ( γ ) II Arbitrary Unit Cs: 662keV DATA MC ~1/ Co: 1.17&1.33MeV DATA MC ~1/10 PMT BG ρ=2.884g/cc PMT Z +15cm -15 Z +15cm Gamma rays Z= -15 Z= OK

15 Event rate (/kg/day/kev) ~1.6Hz, 4 fold, discriminated ~0.4p.e. 3.9days livetime REAL DATA 20cm FV 10cm FV (3kg) Aug. 04 run preliminary MC simulation 20cm FV 10cm FV (3kg) 10-2 /kg/day/kev PMT MC HPGe PMT U/Th/K (< factor a few kev (10-2 /kg/day/kev@ kev) DAMA ~1/kg/day/keV 15

16 PMT HIT HIT? HIT HIT HIT 175nm PMT PMT 1p.e. PMT 16

17 238 U(Bi/Po): = (33+-7)x10-14 g/g 232 Th(Bi/Po): < 23x10-14 g/g Kr: = 3.3+/-1.1ppt Xe Preliminary 800kg x33 1x10-14 g/g x12 x3 U, Th, Kr 2x10-14 g/g 1 ppt 17

18 Kr (1/1000 by 1 pass) ( 85 Kr, etc.) Xe Kr Boiling point (@1 atm) 165K 120K Xe: ~3 ppb Kr 13 2cmφ ~3m ~1% kg / hour 1/1000 Kr / 1 pass ~99% Xe: ppb Kr ( ) Xe: 3.3+/-1.1 ppt Kr ( 18 Kr )

19 1. OK 2. OK 3. OK 19

20 BG PTFE 6 PMT BG DAMA 10-5 pb(si), 100GeV DM E th ~10keV ~0.6events/day ~0.6events/day@20keV. 20

21 MC 10-15keV :10-2 /kev/kg/day DAMA 21

22 800kg (100kg FV) Full photo-sensitive, spherical geometry, ton scale detector ~5 p.e./kev PMT Xe 22 40ns

23 800kg /kg/day/kev γ (60cm, 346kg) 7 Be γ : (40cm, 100kg ) (10-6 pb, 50GeV, 100 GeV) Q.F. = x10-5 /kev/kg/d pp 300 Energy(keVee) PMTs 70% photo-coverage ~5p.e./keV Large # of p.e. / self shield 8x10-5 /kg/day/kev@100kg 2x10-4 /kg/day/kev 23

24 10-4 XMASS FV 100kg, 5 year, E th =5keVee~25p.e., 3σ discovery 10 6 Cross section to nucleon [pb] Modane NaI XMASS(Ann. Mod.) Edelweiss Al2O3 Tokyo LiF NaF CRESST UKDMC NaI NAIAD XMASS(Sepc.) 100 SI ~ cm 2 = 10-9 pb SD~ cm 2 = 10-3 pb Plots except for XMASS: 24 Gaitskell & Mandic

25 XMASS Presentation by Rick Gaitskell at IDM2004 workshop 25

26 DM I XMASS-DP (double phase) BG NEWAGE(see poster) 22 kev γ 15kgLXe Recoil Xenon 26

27 DM II CaF 2 (Eu) Bolometer BG CaF 2 Eu XMASS PMT BG~7/kg/day/keV (<10keV) SD DAMA CaF2 DAMA SD σ SD χ-n ( a S + a S ) p p N study n n N 2 J + 1 J CANDLES 48 Ca in CaF 2 (pure) scintillation detector counts/20 kev CaF2 crystal Energy (kev) + w.l. shifter liquid scintillator 13" PMT Buffer oil Q value 4.3MeV BG 0.19% <m ν ><7.2-45eV NPA730(2004) t PMT 900ns 0.15eV DM 27 QF

28 U/Th: < 1x10-16 g/g for U,Th/Xe 39 Ar (0.57MeV β), 42 Ar (0.6MeV β) < 1x10-9 g/g for Ar/Xe 85 Kr (0.687MeV β) < 4x10-15 g/g for Kr/Xe 136 Xe 2νββ ( τ 1/2 theory =8 x y ) < 1/100 28

29 800kg, kg 10 BG FV 29 SUSY BG

30 XMASS, 800kg,, γ 10-2 /kg/day/kev Kr=3.3ppt Radon (U) (33+-7)10-14 g/g (Th) < g/g kg 30

CJ / 2

CJ / 2 CJ-3-17529 1 / 2 / 19942000 2001 20022012 2013 3 : 1441 : 34 2941 20001 R&D 4 FoodScreen: I-131Cs-134Cs-137 :

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EXAMINATION RULES 考 試 規 則 : 1. 競 賽 者 必 須 在 考 試 前 10 分 鐘 到 達 考 場 2. 競 賽 者 不 可 以 攜 帶 任 何 工 具, 但 是 個 人 所 需 要 的 醫 藥 用 品 及 器 具 不 在 此 限 3. 競 賽 者 必 須 坐 在 指 定 的 位 置 4. 在 考 試 開 始 前, 競 賽 者 必 須 檢 查 大 會 提 供 的 文 具 及 任 何 工 具 ( 筆 尺 計

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