The idea of a hermetic quartz chamber in a dual-phase xenon time projection chamber (TPC) has the potential to improve the detector sensitivity for direct dark matter searches in the future. A major challenge facing TPC detectors in future dark matter experiments will be the reduction of the internal background such as $^{222}$Rn and the deterioration of the ionization signal due to electronegative impurities. The hermetic quartz chamber can isolate the TPC's sensitive volume from external interference and is thus expected to prevent contamination caused by the radioactive and electronegative impurities, which originate from outer detector materials. At the Kamioka Observatory in Japan, we developed a TPC with a quartz chamber that contains a $\phi 48 \times 58$ mm volume of liquid xenon. At this development stage, we did not aim at the perfect hermeticity of the quartz chamber. Our aim here is twofold: first, to demonstrate via the use of a calibration source that the presence of quartz materials in the TPC does not impact its operation; and second, to perform quantitative measurements of the TPC's characteristics. We successfully measured electron drift velocities of 1.2--1.7 mm/$\mu$s in liquid xenon under electric fields ranging from 75--384 V/cm, and also observed small S2 signals produced by a single ionized electron with a light yield of 16.5 $\pm$ 0.5 PE. These results were consistent with the expected values; therefore, our demonstrations provide a proof of principle for TPCs incorporating a quartz chamber.

中文翻译：

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用于直接暗物质搜索的带有石英室的双相氙气 TPC 的开发

双相氙气时间投影室（TPC）中的密封石英室的想法有可能提高未来直接暗物质搜索的探测器灵敏度。在未来的暗物质实验中，TPC 探测器面临的一个主要挑战是减少内部背景，如 $^{222}$Rn 和电负性杂质导致的电离信号恶化。密封石英室可以将 TPC 的敏感体积与外部干扰隔离，因此有望防止源自外部探测器材料的放射性和带负电性杂质造成的污染。在日本的神冈天文台，我们开发了一种带有石英室的 TPC，其中包含 $\phi 48 \times 58 $ mm 体积的液态氙。在这个发展阶段，我们的目标不是石英室的完美密封性。我们的目标有两个：首先，通过使用校准源证明 TPC 中石英材料的存在不会影响其操作；其次，对 TPC 的特性进行定量测量。我们成功地在 75--384 V/cm 的电场下测量了液态氙中 1.2--1.7 mm/$\mu$s 的电子漂移速度，并且还观察到由具有光产额的单个电离电子产生的小 S2 信号16.5 $\pm$ 0.5 市盈率。这些结果与预期值一致；因此，我们的演示为包含石英室的 TPC 提供了原理证明。通过使用校准源证明 TPC 中石英材料的存在不会影响其操作；其次，对 TPC 的特性进行定量测量。我们成功地在 75--384 V/cm 的电场下测量了液态氙中 1.2--1.7 mm/$\mu$s 的电子漂移速度，并且还观察到由具有光产额的单个电离电子产生的小 S2 信号16.5 $\pm$ 0.5 市盈率。这些结果与预期值一致；因此，我们的演示为包含石英室的 TPC 提供了原理证明。通过使用校准源证明 TPC 中石英材料的存在不会影响其操作；其次，对 TPC 的特性进行定量测量。我们成功地在 75--384 V/cm 的电场下测量了液态氙中 1.2--1.7 mm/$\mu$s 的电子漂移速度，并且还观察到由具有光产额的单个电离电子产生的小 S2 信号16.5 $\pm$ 0.5 市盈率。这些结果与预期值一致；因此，我们的演示为包含石英室的 TPC 提供了原理证明。在 75--384 V/cm 的电场下液体氙中 7 mm/$\mu$s，并且还观察到由单个电离电子产生的小 S2 信号，光产额为 16.5 $\pm$ 0.5 PE。这些结果与预期值一致；因此，我们的演示为包含石英室的 TPC 提供了原理证明。在 75--384 V/cm 的电场下液体氙中 7 mm/$\mu$s，并且还观察到由单个电离电子产生的小 S2 信号，光产额为 16.5 $\pm$ 0.5 PE。这些结果与预期值一致；因此，我们的演示为包含石英室的 TPC 提供了原理证明。