2020 Fiscal Year Annual Research Report
Is the neutrino Majorana-type? Development of innovative detector using noble gas
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
18H05540
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
市川 温子 東北大学, 理学研究科, 教授 (50353371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂下 健 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (50435616)
中島 康博 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (80792704)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 希ガス検出器 / ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊（0νββ）」探索における現状の限界を打破することを目指して、希ガス検出器による新しい測定原理・技術の開発を行っている。
0νββ探索における背景事象源の調査を進めた。検出器構成要素のうち、光センサーのセラミックスパッケージおよびPEEK樹脂が主な背景放射線源であることが確認され、これらを低放射化することで、背景事象はほぼ環境放射線からのものになることがわかった。環境放射線の測定から検出器全体を25cm厚さの鉛シールドで遮蔽することで目標の背景事象頻度が達成されると予測される。
ガス検出器内で電場を発生させるリング状の電極の設計、試作、性能評価を行った。また高電場を生成するアノード電極とグランドメッシュ電極については、放電耐性を高めるために種々の改良を行った。これらにより要求される耐電圧性能をもつ電極および導体の接続法を確立した。
高圧のガス容器から大量の信号線を取り出すためのフレキシブルプリントケーブルによるフィードスルーの技術を確立するため、実際に製作し検出器からの実際の信号を読み出し、時間および電荷について必要な情報を保ったまま信号を伝送できていることを確認した。また、高電位にある光素子の信号を読み出すために、光ファイバを用いた読み出し方式の開発を進め、試作器の製作に成功した。大型のキセノンガス検出器において、ガスの純度を十分に保つための循環システムの設計をすすめた。
放射線の電離作用により電離電子とともに生成する陽イオンを検出する開発研究として、電極金属の表面の汚染を加熱して取り除くためのセットアップを製作した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題で目指している革新的な技術のうち、Baイオンタグについては研究を進めた結果、我々の提案している方法に原理的な問題があることが判明し、撤退することとなった。
信号読み出し回路の高密度化のためASIC化を目指したが、設計から始める場合、その開発にかかるコストが本科研費で取り扱える規模でないことが明らかになった。
一方、その他の開発事項、例えば、低放射化や高圧電極、高電位光センサーの読み出し法などの開発については、おおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
信号読み出し回路については、ディスクリート素子およびコネクターの工夫により高密度化を進めるとともに、海外のグループの開発しているASIC素子の利用を検討する。
背景放出源として問題になっている光センサーのパッケージについては、パッケージなしで直接、基板に表面実装する方式をメーカーと共に開発する。同時に、光センサーの面積を大きくすることで、検出器の性能を高めることで、背景事象のさらなる抑制を可能とする。
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