48Ca二重ベータ崩壊精密測定に向けたバックグラウンド事象の新測定技術開発

• Project Area: Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
• Project/Area Number: 26105512
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 吉田 斉 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60400230)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2015: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2014: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 低バックグラウンド実験 / キレート樹脂 / カルシウム同位体 / ICP-MS分析 / ベータ崩壊 / 長寿命核 / 陽イオン交換樹脂 / 放射化 / ゲルマニウム検出器

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、48Caのニュートリノレス二重ベータ(以下、0νββ)崩壊の研究を進めるうえで重要となる、精密なバックグラウンド評価を行うため、48Caのβ崩壊の崩壊率を測定する事を目的としている。
昨年度行った小規模の実験装置による原理検証実験で、次の問題点が明確になっていた。イオン交換樹脂により、Sc3+イオンだけでなく、崩壊核として存在する大量のCa2+が吸着され、循環流量が減少する。循環流量の減少を避けるためには、Ca濃度を下げる必要があり感度が低下する。この問題点を解決するため、イオン交換樹脂の大容量化を行い流量の増加を行う方法を検討していたが、Sc3+イオンを選択的に吸着する手法がより有効であるという結論に至った。27年度は、キレート樹脂による選択的Sc3+イオン吸着法の開発を行った。
キレート樹脂として、Sc3+吸着に有効なNOBIAS-CHELATE-PA1を使用した。この樹脂は、配位結合の一種であるキレート結合を用いた樹脂のため元素毎の選択性が大きい。
次の手順で測定を行い、選択的吸着法の検証を行った。【1】Sc、Caのみでの吸着率のpH依存性測定、【2】Sc、Caのみでの平衡状態での吸着率の濃度依存性、【3】混合液での平衡状態での吸着率の流速依存性。これらの測定は、これまで使用してきた炎光分析器によるSc,Caの濃度測定からICP-MSによる分析測定に変更し高感度で正確な測定が可能となった。
測定の結果、選択的吸着が可能であることが確かめられ、Scは50ppb以上までは十分に吸着され、Caは14%(CaCl2の溶解限界付近)まで吸着されないことが分かった。溶液500Lに12％のCaイオンを溶解し、6か月間程度の測定を行うことで、1x10^21年の感度に到達できることが検証できた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Low background techniques in CANDLES (2015)
  • Author(s): K. Nakajima, T. Iida, T.Kishimoto, K. Matsuoka, M. Nomachi, S. Umehara, W. M. Chan, H. Kakubata, X. Li, T. Maeda, T. Ohata, B. Temuge, K. Tetsuno, V.T.T. Trang, T. Uehara, S. Yoshida, K. Morishita, I. Ogawa, K. Sakamoto, Y. Tamagawa, M. Yoshizawa, K. Fushimi, R. Hazama, N. Nakatani, and K. Suzuki
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1672 Pages: 110004-110004
  • DOI: 10.1063/1.4928006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Search for Neutrino-less Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • Author(s): S. Umehara他
  • Journal Title: Physics Procedia,61(2015) 283-288. Volume: 61 Pages: 238-288
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2014.12.046
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Search for neutrino-less double beta decay of 48Ca (2014)
  • Author(s): S.Umehara,T.Kishimoto,M.Nomachi,S.Ajimura,N.Nakatani,K.Matsuoka,K.Ichimura,M.Saka,T.Ishikawa,D.Tanaka,M.Tanaka,S.Yoshida,K.Suzuki,G.Ito,H.Kakubata,W.Wang,J.Takemoto,W.M.Chan,M.Doihara,Y.Tamagawa,I.Ogawa,T.Ueno,S.Maeda,A.Yamamoto,S.Tomita,G.Fujita,A.Kawamura,T.Harada,K.Fushimi,R.Hazama,H.Ohsumi,K.Okada
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 66 Pages: 08008-08008
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146608008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Development of CANDLES detector to search for neutrinoless double beta decay of 48Ca (2017)
  • Author(s): Sei Yoshida
  • Organizer: Vienna Conference on Instrumentation (VCI2016)
  • Place of Presentation: ウィーン, オーストリア
  • Year and Date: 2017-02-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of new measurement technique of 48Ca beta decay background for the study of 48Ca double beta decay (2014)
  • Author(s): Sei Yoshida
  • Organizer: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会2014
  • Place of Presentation: 山梨県富士吉田市
  • Year and Date: 2014-12-21 – 2014-12-23
• [Presentation] CANDLES project for the study of neutrino-less double beta decay of 48Ca (2014)
  • Author(s): Sei Yoshida
  • Organizer: International Workshop on Double Beta Decay and Underground Science (DBD14)
  • Place of Presentation: Hawaii, the United States
  • Year and Date: 2014-10-05 – 2014-10-07
  • Invited
• [Remarks] CANDLES
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~candles/index.html