2015 Fiscal Year Research-status Report
異方性を持った無機結晶シンチレーターによる方向感度暗黒物質検出器の開発
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15K13478
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 彰 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50292264)
黒澤 俊介 東北大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (80613637)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / シンチレータ / 方向感度 / 素粒子実験 / 宇宙線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、チョクラルスキー法を用いて製作した2x2x2mm3サイズのZnWO4結晶の評価を行い、励起波長の測定から、過去の文献と同様の480nm付近にピークを持つスペクトルを確認した。ラウエカメラを用いた方位出しをした後に241Amからのα線を結晶の各軸に平行になるように照射したところ、明らかにc軸方向に照射した際の発光量が多いことが確認できた。ZnWO4単結晶シンチレーターの発光の粒子入射方向依存性の検証、および大型化して暗黒物質の方向情報からの検出ができる原理検証という最初の重要なステップをクリアした。
次のステップとして、同じくチョクラルスキー法を用いたより大きな結晶の製作に進んだ。実際に3㎝サイズのZnWO4単結晶の育成に成功し、9x9x9mm3サイズの立方体を切り出せた。結晶自体は若干茶色見を帯びていたが、酸素欠損によるものと考えられ、今後熱処理を施すことで透明化できると思われる。ラウエカメラを用いた方位出しをして、各結晶軸を確認した後、立方体の相対する3面について分光器を用い、波長480nm付近の透過率の異方性を測定した。透過率に関してはどの面に平行な方向でも同じ値であったことから、結晶自体は一様にできていることを確認した。そして241Amからのα線を結晶の各軸に平行になるように照射したところ、この9mmサイズ結晶でも2mmサイズ結晶の時と同じく、c軸方向に照射した際の発光量が多く、a軸方向に比べ37%大きいことが確認できた。
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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
当初の計画どおりに、初年度にほぼ1㎝サイズのZnWO4結晶の作成に成功し、α線対する発光量の異方性を確認することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
ひきつづき、ZnWO4について、直径1インチ程度以上大型結晶を引き続きチョクラルスキー法を用いて作製し、ラウエカメラを用いた方位出し、切断研磨、および光学特性評価を実施する。加えて、ZnWO4よりも最適な異方性シンチレータの探索も行う。たとえば、ZnWO4のZnのサイトについて一部をMgで置換することで単位格子の大きさを系統的に変化させて、結晶構造と光学的異方性の変化の関連性について考察を加えて、異方性が生じる原因について議論する。なお、Mg等の置換を行った際には、粉末X線回折やリートベルト解析などによって光子定数や結晶構造の変化を考察する。
評価については常温での発光量評価のほかにも、方位ごとの発光量の温度依存性、ミューオンを用いた発光量の異方性の評価についても取り組む。そして252Cfなのどの中性子線源をもちいた原子核反跳方向による異方性の測定を行う。
また、中性子ビームを用いた異方性の評価についても検討する。
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| Causes of Carryover |
今年度製作した結晶は、当初計画では、東京大学神岡宇宙素粒子研究施設において評価する予定であったが、α線源やPMTなどの必要な装置が東北大学において使用できる状態であったので、神岡で使用予定だった金額を次年度使用額とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度はより大きな結晶を複数個評価していく必要があり、東京大学神岡宇宙素粒子研究施設において、おもにPMT等、評価に必要な装置を購入する計画である。
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Research Products
(4 results)
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[Presentation] ZnWO42015
Author(s)
Hiroyuki Sekiya
Organizer
The fifth CYGNUS workshop on directional dark matter detection (CYGNUS2015)
Place of Presentation
Occidental college, L.A. (USA)
Year and Date
2015-06-02 – 2015-06-04
Int'l Joint Research / Invited
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