2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Majorana nature of neutrinos by using 48Ca and development of next generation detector system
| Project Area | Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics |
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| Project/Area Number |
19H05804
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
梅原 さおり 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10379282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仁木 秀明 大阪大学, 核物理研究センター, 協同研究員 (00135758)
小川 泉 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (20294142)
宮永 憲明 公益財団法人レーザー技術総合研究所, 研究部, 特別研究員1 (80135756)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / 低バックグラウンド / 稀崩壊 / 同位体濃縮 / 蛍光熱量検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在の物質優勢の宇宙の謎を説明するには、CP対称性の破れに加えて粒子数保存則の破れが必要である。二重ベータ崩壊測定によるニュートリノのマヨラナ性の研究は、粒子数保存則の破れに対応するレプトン数保存則の破れを検証する研究である。本計画では二重ベータ崩壊研究のために、1)高純度CaF2結晶を用いた48Caの二重ベータ崩壊測定、を行うとともに、次世代二重ベータ崩壊測定技術開発を行なう。この次世代測定装置開発としては、2)CaF2蛍光熱量検出器開発、3)48Ca同位体濃縮を行う。
まず、1)として、130日のデータを用いた二重ベータ崩壊測定結果をまとめた。また、前年度にセットアップした新結晶14個の評価を行った。その結果、放射性不純物量は要求の10microBq/kg以下であることを確認した。また、波長変換剤の入れ替えにより光量がこれまでと比較して25%増加していることを確認した。次に2)CaF2蛍光熱量検出器開発として、CaF2結晶の発光波長の調査を進めた。これまで知られている紫外発光だけでなく、真空紫外発光があることが示唆される結果が得られた。また、3)濃縮技術開発として、本年度は主に、1]原子ビーム評価、濃縮装置設計、2]高出力紫色レーザーシステムの構築、を行った。1]については、チューブ状コリメータの性能評価を行った。特にチューブ長と得られるカルシウムビーム径の関係を調査した。これをもとに大型装置の設計を進める。合わせて、濃縮装置のチェンバー部の設計構築を進めた。また、2]として、昨年度に構築した423nmマスターレーザーを用い、注入同期波長安定化レーザーシステムの開発を行った。注入同期光学系の最適化および電子制御系の開発を行い、長時間安定な100mWの光出力を得ることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験装置の購入・構築及び性能評価が遅れているところはあるが、一方、解析的研究や、レーザー構築は進んでいる。研究課題全体としてはおおむね予定通り進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
130日の二重ベータ崩壊測定データへの解析手法をさらに改善して、730日測定データを用いた二重ベータ崩壊測定結果をまとめる。特に、最も大きなバックグラウンドとなることが確認された208Tl起源の事象を識別するための解析手法を確立する。また、蛍光熱量計開発では、CaF2発光波長測定から得られた結果をもとに、センサー種や設置場所の選定を進める。特に真空紫外光による信号を有効に用いるため、センサー数を増やした測定での性能評価を進める。また、設計した濃縮装置の構築を進める。また、実際の動作テストを進め、操作性を含めた性能テストを進める。
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