2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Majorana Neutrino Mass with High Luminance Liquid Scintillator Detector
| Project/Area Number |
15H03649
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
清水 格 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (10400227)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 液体シンチレータ開発 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
KamLAND-Zen実験では、検出器の極低放射線環境を活かし、同位体濃縮キセノンを溶存した液体シンチレータによる二重ベータ崩壊に対して世界最高感度の探索を行い、ニュートリノの有効質量に対して61-165 meVの上限値を得ている。本研究では、現在よりも高発光量の液体シンチレータ検出器を実現することによりエネルギー分解能を限界まで高め、逆階層型のマヨラナ質量（20 meV以上）の検証を目標とする。高発光液体シンチレータとしては、安価で高い透過率を持つリニアアルキルベンゼン（LAB）を溶媒とした液体シンチレータが有力であるが、LABには蛍光波長領域で吸光するニトロベンゼン誘導体などの微量な不純物が含まれるため、液体シンチレータとして使用するには透過率改善のための光学的純化を行う必要がある。これまでの研究では合成ゼオライトの一種であるモレキュラーシーブを吸着剤として用いることで吸光不純物の除去に成功し、KamLANDの約1.5倍の光量を達成した。しかし、装置を大型化するにはLABの収率や純化に要する吸着剤の量において難点があった。そこで、モレキュラーシーブよりも安価で吸着面積が大きい活性炭に注目し吸着試験を行ったところ、吸着速度・効率において非常に優れていることが分かった。原料・製法の異なる活性炭の吸着効率を比較し、LAB純化に最適な活性炭を選定した。また、カラムに液を連続的に流し続けるカラム法による吸着試験を行い、純度の高いLABが得られることも確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高発光量液体シンチレータの開発を目標としていたが、必要な量の液体シンチレータを純化するには不純物吸着の効率が不十分であることが判明したため、吸着材の再選定が必要になった。しかし、活性炭が予想以上に高い吸着性能を持ち液体シンチレータの性能が大きく改善することを確認したため、今後は効率的に研究が進展すると期待される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、活性炭を用いたカラム法による吸着試験を行い、吸着純化における流速・温度などのパラメータの最適化、再生・活性化手法の確立、これらを基礎データとしたLAB純化テストベンチの設計・製作を行う。これらの評価を基にしてKamLAND実験に必要な1,000トン液体シンチレータ製作に要するコストの低減を目指す。
|
