2016 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, 未来科学技術共同研究センター, 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、昨年度製作した1㎝角の結晶に加え、1㎝角および2㎝角のZnWO4結晶を入手し、光学的な評価を行った。高精度複数軸X線回折計（ATX）を用いて、劈開面がb軸に垂直な面(b軸面)であることを確認した。またこの面に対し結晶が複屈折性を示さない光学軸を含む面であるということが判明し、複屈折性と発光応答異方性に関係があることが示唆された。そして、改めて異方性を、137Csからのγ線と241Amからのα線で評価したところ、b軸面に垂直に照射した際にα/γ比が最大となり、それとほぼ垂直なa軸で最小となることが確認できた。以上のことから、今後結晶のカットにおいて光学軸を基準に異方性が最大となるような最適化を行う方針である。
結晶開発については、再現性確認のために直径1インチのZnWO4結晶をチョクラルスキー法にて育成したほか、計画通り、光学的異方性が生じる原因解明のためにZnWO4のZnのサイトを一部Mgで置換した (Zn, Mg)WO4についても1インチ直径の単結晶を育成することに成功した。製作した(Zn, Mg)WO4についても241Amからのα線で評価したところ、b軸面に垂直に照射した際にα/γ比が最大となり、それとほぼ垂直なa軸で最小となることが確認できたが、その差はZnWO4結晶よりも小さく2％程度であった。この結果から、Znよりイオン半径の小さいMgを入れることで、結晶格子は立法晶に近づき、異方性については影響が小さくなると推察され、異方性が単位格子の構造に起因していることを強く示唆している。
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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
計画通り、2㎝角のサイズの結晶の評価が進んでいる。中性子を用いた原子核反跳に対する応答を見る実験は準備中である一方、複屈折と結晶構造の二つの異方性の起源に迫る研究を展開できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の結果を参考に、よりよい材料設計に取り組み、1インチ以上の単結晶の育成をチョクラルスキー法で行う。そのためにも、ZnWO4をベースとして、系統的に一部の組成を置換して、結晶格子を変化させ、異方性についての評価を行う。さらに、Cf252中性子線源や東北大CYRICの中性子ビームラインなどを用いて、原子核反跳による異方性についての評価を行う。
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| Causes of Carryover |
中性子を用いたZnWO4結晶の応答の評価を予定していたが、光学的異方性が生じる原因解明のためにZnWO4のZnのサイトを一部Mgで置換した (Zn, Mg)WO4結晶の製作を優先したので、中性子応答評価のための物品を購入しなかったから。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度にCf中性子源および、光電子増倍管を購入する計画である。
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[Presentation] Status of making ZnWO4 Crystals2016
Author(s)
Hiroyuki Sekiya
Organizer
CYGNUS-TPC kick-off meeting
Place of Presentation
Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy
Year and Date
2016-04-07 – 2016-04-08
Int'l Joint Research / Invited
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