ストレンジネス核物理における粒子弁別用低屈折率固体チェレンコフ検出器の開発

• Project/Area Number: 21K03602
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Tohoku Medical and Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 藤井 優 東北医科薬科大学, 教養教育センター, 教授 (30302079)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: フッ素樹脂 / 結晶性プラスチック / アモルファス / チェレンコフ検出器 / 低屈折率プラスチック / ストレンジネス核物理 / 固体チェレンコフ検出器 / 低屈折率

Outline of Research at the Start

本研究では、荷電粒子が物質中を通過する際、その速さが物質中での光速を超えている場合に光(チェレンコフ光)が放出される現象を利用した検出器(チェレンコフ検出器)に、低屈折率プラスチックを適用することを試みる。本研究の成果より、水などの液体を用いるしかなかった実験条件でも、扱いが容易で安全な固体を用いたチェレンコフ検出器を構成することができ、素粒子・原子核分野において実験の幅が広がることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

本年度においては、目的とする低屈折率個体チェレンコフ検出器の材料となる、フッ素樹脂系の低屈折プラスチック 3M Dyneon THVP 2030GZ(以下THV)の、ペレット状の試料を購入した。まず、通常のプラスチック成型法の一つである押出成形により、直径約 5.5 cmの棒を試作した。カタログ値においては、240μmの厚さにおいて、600 nm 光の透過率が95.3%となっていたため、試作品においても肉眼で十分に透明なものが得られると予想していたところ、懸濁液のような白色状に濁ったものが得られた。この理由については、THVが結晶性プラスチックであり、通常の押出成形のように徐冷すると、結晶化により屈折率が場所によって異なってしまうためであると考えられる。よって、本研究の目的を達成するためには、アモルファス状態のまま固化させるという、通常のプラスチック成型とは異なる方法を開発する必要があることが判明した。
結晶性プラスチックでありながら透明度の高いものとしては、ポリエチレンテレフタラート(PET)製品などが挙げられる。結晶性プラスチックであっても、熱して液体にした後、急冷すればアモルファス状態になり透明度が保たれたままとなる。
よって、このことがTHVであっても可能か、についての予備実験を行った。具体的には、少量のTHV(個別のペレット)を熱して液体状にし、急冷するという手順をとったところ、視覚的には十分に透明であるとみなせる固体状のTHVを作成できる、ということが判明した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症の拡大およびロシアによるウクライナ侵攻の影響を受け、試料の納期が大幅に遅れたため。

Strategy for Future Research Activity

サイズが小さい、あるいは薄いものであればアモルファス状態とすることで透明度が保たれることが判明したので、今後はアモルファス状態を保ったままバルク状のものを成型する方策について検討を行う。