2022 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, 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)
時田 茂樹 京都大学, 化学研究所, 教授 (20456825)
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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 |
本計画では、48Ca同位体のニュートリノを放出しない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、CaF2蛍光熱量検出器開発、48Ca同位体濃縮技術開発を行う。
1)二重ベータ崩壊測定および高純度CaF2結晶開発：高純度CaF2結晶開発のために、結晶の偏析効果による高純度化の検討を行った。結果、温度勾配のシミュレーションから、不純物を偏析させることができる見込みが示された。
2)48Ca濃縮：Ca原子ビーム開発として、るつぼ及びコリメータチューブ温度の様々な組み合わせによるビームの空間分布を測定した。結果、コリメート効果は主としてチューブの温度に依存することが分かった。理論計算及びシミュレーションと実験結果の比較から、現在のシステムで生成する原子ビームは中間流領域での取り扱いにより比較的よく再現できることが分かった。これをもとに、マイクロチャンネル／キャピラリを複数使用したビーム発生装置の開発を検討することとした。また、注入同期型青紫色半導体レーザーシステム構築のため、1台の狭線幅外部共振器型レーザー（マスターレーザー）を分岐し、24個の半導体レーザー素子（スレーブレーザー）を同時に波長同期させる装置を設計、試作した。遺伝的アルゴリズムを用いてマスターレーザーの光を分岐させるためのビームスプリッタの反射率を最適化した。
3)CaF2蛍光熱量検出器開発：蛍光信号は、これまで室温のシンチレーション計測で使用していた280nm付近の発光波長領域の蛍光を使用していたが、極低温ではVUV領域（150nm付近）の蛍光も観測していることが判明した。光検出器から数mmの距離で発生した大量のVUV光が検出されている可能性が高く、改善策としてVUVの吸収層を光検出器の前に設置することを検討した。
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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
コロナの影響もあり、装置構築に遅れが継続する傾向にあるが、シミュレーション等の研究による装置の高性能化の検討研究はより進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
レーザー高出力化では、段階的に使用レーザー数を増やす予定であったが、コントロールシステムの設計検討により、一気にレーザー数を増やす方向で進める。原子ビーム開発としては、コリメータチューブを試作し性能評価を行う。熱量計については、円筒形のCaF2検出器の両端から熱信号（超伝導MMC熱センサーの出力でエネルギー信号）を取得し、熱信号波高の位置依存性を複数センサーによる信号読み出しで解消するためのCaF2蛍光熱量計検出器デザインを行い、検出器を実現するための希釈冷凍機内部の改造を行う。
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