2017 Fiscal Year Annual Research Report
大型液体シンチレータ検出器でのニュートリノのマヨラナ性と世代数の研究
| Project Area | Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research |
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| Project/Area Number |
26104002
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
井上 邦雄 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (10242166)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / マヨラナニュートリノ / 宇宙物質優勢 / 極低放射能 / 地球ニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
a)０ν２β探索において、マヨラナ有効質量に対して逆階層構造領域に切り込み、複数の理論予測を検証できる40meV程度の感度を持たせることを目指している。そのための主要な改良として、濃縮キセノン量を倍増する直径4m、厚さ25ミクロンのナイロン製ミニバルーンを、クラス１スーパークリーンルームで徹底的なクリーン化対策を施し製作した。製作に際しては、溶着強度を2倍程度高める最適化を達成し、改良した機械プレスを導入し細かい溶着も含め安定した溶着性能を実現した。また、溶着線及びフィルム母材全体に対してヘリウムリークテストを行いクリアした。平成30年に導入しKamLAND-Zen 800として観測を開始する。
b)極低放射能環境構築で問題となることが多い表面汚染の簡易な測定として、形状や測定対象の素材に制約が少ないシンチレーションフィルムを用いた高感度な表面汚染測定法を開発した。
c)将来のさらなる高感度化のための開発として、活性炭を用いた成分分離不要な液体シンチレータの高速低コスト純化手法を開発し、KamLAND2で使用予定のリニアアルキルベンゼンを主成分とする液体シンチレータに対して、発光量及び透過率の大幅な改善を実現した。
d)高光収集率の液体シンチレータを用いた際に問題となる大光量ミューオン後の原子核破砕で生じる中性子事象の検出率低下を大幅に改善するトリガー機構を考案し、KamLAND2におけるミューオン起源の10Cバックグラウンドを10分の１程度に削減可能となった。新型ブリーダー回路を搭載したPMT、高性能化した低ノイズ高ダイナミックレンジのフロントエンド電子回路、トリガー回路のプロトタイプを作成し、原理実証にも成功した。
e)原子炉停止期間の地球ニュートリノ観測を安定的に継続した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
世界最高感度既に実現しており、世界を大きくリードしている。さらなる大型化に向けたミニバルーン製作も完了し、当初計画よりは速いペースで進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
完成したミニバルーンを導入し、キセノンを含まない液体シンチレータで低バックグラウンドの達成とリークのないことを確認したのちに、濃縮キセノンを含有する液体シンチレータで置換する。最終的に、濃縮キセノン750kgをミニバルーン内に導入し、逆階層構造に切り込む感度を早期に実現する。同時に、逆階層構造をカバーするための技術開発をさらに精緻に進め、カムランド検出器の大幅なエネルギー分解能向上に備える。また、カムランド発の地球ニュートリノの観測精度を向上させるとともに地球モデルの改善も実施し、地球内部のより詳細な情報をもたらす。並行して、革新的技術の涵養、物理目標の多様化、装置活用の拡大を推進し、地下素粒子原子核研究を大いに展開する。
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