2018 Fiscal Year Research-status Report
Reduction of Tl-208 decay backgrounds for neutrinoless double beta decay experiment using Zr-96
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18K03664
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| Research Institution | Miyagi University of Education |
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Principal Investigator |
福田 善之 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40272520)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | チェレンコフ光 / パルス波形分別 / ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / バックグラウンド除去 / タリウム２０８ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではPMTの集光率を64%にした場合にZICOS用液体シンチレータ(LS)が2.6%@3.35MeVのエネルギー分解能を有することを確認し、更に一定方向に発生した1MeVの電子から放射するチェレンコフ光に方向性が存在することを実証しシミュレーションを再現することを目的としている。そこで本年度では、光電子増倍管（PMT)が受光した信号波形からチェレンコフ光とシンチレーション光を識別できるか観測した。まず、LSを入れたバイアルの左右側面にPMTを配置し、宇宙線ミューオンによるシンチレーション光をFADC V1721を用いて観測した。宇宙線ミューオンを鉛直下方と斜め下方に入射させた場合、左右のPMTが観測する光量は各々の場合で変化せず、波形も下降時間が9.3n秒となった。次に、LSをアニソール（LSの溶媒）に変えて同様の測定を行ったところ、鉛直および斜め入射の場合で150%の光量差が観測された。これは、チェレンコフ光のシミュレーションと一致する結果である。また、波形を観測したところ下降時間は5,4n秒であり、明らかにシンチレーション光の波形と異なっており、観測された波形はチェレンコフ光であると考えられた。但し、上昇時間の差は有意に観測できなかった。そこで、時間分解能の高いFADCであるV1751に交換し、1MBqのSr-90(Y-90)からのベータ線（電子）を用いて波形観測を行った。その結果、高統計の電子事象により精密な波形観測が可能となり、下降時間はシンチレーション光が6.5n秒、チェレンコフ光が2.4n秒、上昇時間は前者が2.5n秒に対し、後者が1,5n秒と明らかな差が観測された。これから、立ち上がりの波形の違いを利用してパルス波形分別の手法が可能であることが可能であることがわかった。
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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
当初、光電子増倍管の信号波形観測は、高い時間分解能を有したFADC V1751を購入しないと実施できない予定であったが、XAMSS実験の共同実験者から当該機器を貸与することができたため前倒しで観測することが可能となり、１ナノ秒の時間分解能で観測したところ、シンチレーション光とチェレンコフ光の波形において上昇・下降時間に統計的に有意が差が観測されたため、最終年度に予定していた波形分別法の開発が２年目に実施可能となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
１年目に観測されたシンチレーション光とチェレンコフ光の波形差を用いて、２年目においてパルス波形分別法を開発する計画である。また、１年目に作成済みの120mLバイアルと新型のライトガイドを用いたマルチＰＭＴ観測装置を用いて、ZICOS用液体シンチレータのエネルギー分解能測定と、観測ＰＭＴ間の波形差によるチェレンコフ光の位相幾何学的効果を検証する計画である。一方、１年目に実施予定であったエネルギー分解能測定のために、約15gを合成する予定であった液体シンチレータに溶解させるテトラキス（アセト酢酸イソプロピル）ジルコニウムが固化しない問題が発生したが、原料である四塩化ジルコニウムの純度が原因であることを突き止め、純度99.99%の無水物を使用したところ、１年目の年度末に8gの合成に成功したことから、２年目に観測が実施できる体制が整った。
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| Causes of Carryover |
当初計画していなかった高速FADC V1751を使用するためにVME64規格に準拠したVMEクレートと、テトラキス（アセト酢酸イソプロピル）ジルコニウムを合成するために純度が99.99%の四塩化ジルコニウムを購入するために400,000円を繰り上げ使用したが、実際に支出した額が260,000円であったため、次年度使用額が生じた。この額は、次年度に購入を予定している光電子増倍管用のBNC/SHVコネクタの購入に支出する計画である。
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[Journal Article] Direct measurement of spectral shape of Cherenkov light using cosmic muons2019
Author(s)
Y.Fukuda , D.Anzai, Y.Kamei, K.Hiraide, S.Moriyama, Narengerile, A.Obata, I.Ogawa, T.Gunji, S.Tsukada , R.Hayami, S.Kurosawa
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Journal Title
Bulletin of Miyagi University of Education
Volume: 53
Pages: 183-191
Open Access
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[Journal Article] ZICOS - Neutrinoless Double Beta Decay experiment using Zr-96 with an organic liquid scintillator -2018
Author(s)
Y.Fukuda , D.Anzai, Y.Kamei, K.Hiraide, S.Moriyama, Narengerile, A.Obata, I.Ogawa, T.Gunji, S.Tsukada , R.Hayami
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Journal Title
Zenodo
Volume: 1
Pages: 1300437
DOI
Open Access
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[Presentation] ZICOS - Neutrinoless Double Beta Decay experiment using Zr-96 with an organic liquid scintillator -2019
Author(s)
Y.Fukuda , D.Anzai, Y.Kamei, K.Hiraide, S.Moriyama, Narengerile, A.Obata, I.Ogawa, T.Gunji, S.Tsukada , R.Hayami, S.Kurosawa
Organizer
International Symposium on Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] ZICOS - Neutrinoless Double Beta Decay experiment using Zr-96 with an organic liquid scintillator -2018
Author(s)
Y.Fukuda , D.Anzai, Y.Kamei, K.Hiraide, S.Moriyama, Narengerile, A.Obata, I.Ogawa, T.Gunji, S.Tsukada , R.Hayami
Organizer
XXVIII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino2018)
Int'l Joint Research
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