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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Radon reduction in dark matter search experiment by the development of ultra-low activity molecular sieves

Research Project

Project/Area Number 19K03893
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

小川 洋  日本大学, 理工学部, 助手 (20374910)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords暗黒物質探索 / ラドン / 吸着剤 / 極低放射能技術
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、暗黒物質検出器に用いられる希ガスから、暗黒物質探索実験のバックグラウンドとなる放射性不純物ラドンや、発光特性を減衰させる不純物を除去するために、極低放射能の吸着剤モレキュラーシーブス(MS)を独自に開発し、暗黒物質探索の感度向上を目指す研究である。特に、放射性不純物であるラドンの吸着を第一の目標とする。MSは、一定の孔サイズを持ち、不純物を選択的に吸着可能である。特に、5A型のMSにラドンの吸着能力がある。ただし、暗黒物質探索実験に使用するためには、MS自身の放射性不純物を極限まで削減する必要があることから、放射能のスクリーニングによる材料の選定と、MSの開発を実施した。
2019年度は、日本大学理工学部において、極低放射能の4A型MSの製作と、製作したMSの放射能の評価を実施した。MSの材料をHPGe検出器でのスクリーニングを実施し、極低放射能の材料として選定した。製作したMSは、市販のMSと比較すると、226Raについては99%, 232Thについては97%の削減となった。これにより、材料の選定で、極低放射能モレキュラーシーブスの製作は可能であることが分かった。
2020年度は、より放射性不純物が少ない、新材料による4A型MS製作手法を確立した。そして、5A型MSのためのイオン交換用カルシウム材料について、イオン交換手法の確立を行った。
2021年度は、4A型MSを固化剤によって固化し、イオン交換することで5A型MSを開発することに成功した。本研究で製作されて5A型MSは、英国シェフィールド大、神戸大において、ガス循環試験が実施され、ガス中からのラドンの吸着が確認された。
日本大学理工学部でも、ラドン湧き出し、吸着試験用のセットアップについては、小型のラドン吸着システムを製作した。放射能計測用として、80L静電捕集型ラドン検出器および、比例計数管の開発を行った。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Test of low radioactive molecular sieves for radon filtration in SF6 gas-based rare-event physics experiments2021

    • Author(s)
      R.R. Marcelo Gregorio, N.J.C. Spooner, J. Berry, A.C. Ezeribe, K. Miuchi, H. Ogawa and A. Scarff
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 16 Pages: P06024

    • DOI

      10.1088/1748-0221/16/06/P06024

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 暗黒物質探索実験のための極低放射能モレキュラーシーブスの開発2022

    • Author(s)
      小川 洋
    • Organizer
      令和3年度東大宇宙線研究所共同利用研究成果発表会(オンライン)
  • [Presentation] 放射性ラドン除去用極低放射能5A型ゼオライトの開発2022

    • Author(s)
      小川洋、伊與木健太、松倉実、脇原徹、安部航、身内賢太朗、梅原さおり
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会(オンライン)
  • [Presentation] 低BGモレキュラーシューブの開発2021

    • Author(s)
      小川 洋
    • Organizer
      新学術「地下宇宙」2021年領域研究会
  • [Presentation] 方向に感度を持つ暗黒物質直接探索のためのモレキュラーシューブ開発2021

    • Author(s)
      小川 洋
    • Organizer
      新学術地下宇宙B02班(方向に感度をもった暗黒物質探索)研究会
  • [Presentation] Towards Directional Dark Matter Detectors using High Gain Negative Ion TPCs with Continuous Radon Reduction2021

    • Author(s)
      Alasdair McLean, Callum Eldridge, Robert Renz Marcelo Gregorio, Neil Spooner, Kentaro Miuchi, Hiroshi Ogawa
    • Organizer
      10th symposium on Large TPCs for low-energy rare event detection, Dec. 15-17,2021, University de Paris
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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