2020 Fiscal Year Annual Research Report
高性能液体シンチレータ検出器を用いたニュートリノのマヨラナ性の研究
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19H00670
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| Research Institution | Tohoku University |
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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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 素粒子実験 / 実験核物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
検出器の極低放射線環境と拡張性において非常に優れた性能を発揮し、世界の二重ベータ崩壊研究を大きくリードするKamLAND-Zen実験では、約750 kgの同位体濃縮Xe(136Xe:91%)を液体シンチレータに溶かし込み、40 meV程度までのニュートリノ有効質量を検証する。本研究では、高性能液体シンチレータ検出器を実現することによってエネルギー分解能を限界まで高め、逆階層型の有効質量（> 20 meV）を検証し、ニュートリノの質量階層構造を決定する。目標の検出感度を確実に達成するため、高性能小型プロトタイプ検出器によって高性能化の実証試験を行い、同時に低バックグラウンド観測に不可欠となる検出器素材の極低放射能分析を実現する。本年度は、シミュレーションによる高発光シンチレーション観測装置の設計の最適化を行った。集光ミラーには受光面積を最大にした多角形ミラーを使用することで、２倍程度の光量増加が見込まれる。実際に６角形ミラーを試作し、反射性能・長期安定性などの基本的な評価を行った。装置完成後には20インチ高量子効率PMTの較正を行うため、LEDとシンチレータ球を組み合わせた光源を作成し、実測によって発光量と発光波長分布を確認した。また、液体シンチレータの透過率向上のため波長変換剤としてBis-MSBを少量添加することにした。さらに、Bis-MSBに含まれる放射線不純物量をICP-MSとGe検出器によって測定し、純化による削減目標を確認した。
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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
本研究の目標であるマヨラナ質量の高感度探索のための検出器の高性能化を目標としていたが、高発光シンチレーション観測装置に向けた設計最適化、集光ミラー・較正用光源の試作、液体シンチレータの性能向上を達成した。本製作の準備が整い、次年度には順調な実験進展が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、高発光シンチレーション観測装置の製作と性能評価を行う。実機装置と同じ地下環境で20インチ高量子効率PMTの波形・ゲイン・暗電流の測定を行う。集光ミラーは６角形以外の形状についても試作を行い、基本的な性能を評価する。また、液体シンチレータは光量が最大となるように成分を調整する。製作後に放射線源やLEDによる装置校正を行い、高性能化の実証試験と極低放射能分析を実現する。
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Research Products
(17 results)
