2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of electron-neutrino detection technology using neutrinos from mu+ decay at rest and its application
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20H00146
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
末包 文彦 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (10196678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川崎 健夫 北里大学, 理学部, 教授 (00323999)
今野 智之 北里大学, 理学部, 講師 (60751518)
菅谷 頼仁 大阪大学, 核物理研究センター, 助教 (80324747)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ニュートリノ原子核反応 / 静止崩壊ニュートリノ / 電子ニュートリノ検出 / 超新星爆発ニュートリノ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)J-PARC MLFの前方遮蔽体上部でのバックグラウンドとシールド効果の測定
2022/6/14~6/24にMLFの前方遮蔽体上部で，NaI検出器と3Heプロポーショナルカウンターを，鉛ブロック，パラフィンブロック，ポリエチレン板，ボロンシードなどで，構造を変えながら囲うことにより，γ線，高速中性子，速中性子，熱中性子バックグラウンド及び，それらに対するシールドの効果の測定を行った．その結果，前方遮蔽体上部では，バックグランド量が多く，十分にシールドすることが困難であることが確認された．また，バックグラウンド量が隣のビームラインの中性子ビームシャッターのON/OFFに依存することがわかり，バックグラウンド量が時間的に不安定で統計的に差し引くことが難しいことが分かった．これらの測定の結果，ニュートリノ検出器の位置を前方遮蔽体上部からビームライン上に変更し，さらにシールドの強化を行うことを決定した．
(2) ニュートリノ検出器の制作
(1)の測定結果を元にし，バックグラウンド低減のための検出器改造の設計を行い，シールド効果の強化のための追加のポリエチレン板やボロンシートなどの購入を行い，検出器に取り付けた．このようにして東北大学の実験準備室で本番の1/2スケールのテスト検出器を組み上げた．また，北里大学では，シンチレーターの読み出し装置の制作，信号読み出し用電子回路回路の構築及び調整などを行った．これらの予期していなかった物品調達と作業が必要となったので，テスト検出器の準備完了が，2023年3月と当初より遅れた． このテスト検出器は2023年4月にJ-PARC，MLFに移設し，ビームによるデータを取得する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定していたビームによるニュートリノ検出実験は，本年度前期のバックグラウンドとシールド効果の測定により，検出器の設置位置の変更，放射線シールドの強化などを行う必要が生じ，検出器改造部分の新たな設計と想定していなかったシールド材の調達及び取り付け作業による遅れのため2023年度初頭に延期したため．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年3月に準備を完了したテスト検出器は，プラスチックシンチレーターで鉛板を挟んだ実際の検出器と同じ構造を持つ．このテスト検出器を4月よりJ-PARC MLFのビームラインに設置し，バックグラウンドの測定とともに，期待されるニュートリノ信号パターンである，遅延同時計測で実際にニュートリノと鉛の反応の検出を試みる．検出器の設置位置の変更に伴い，ベースラインが2倍になったため，前方遮蔽体上に比べニュートリノ反応数が1/4になるが，ビームに関係したバックグラウンドの遅延同時計測での先発信号と後発信号もそれぞれ1/4になるため，ビーム由来の無相関のバックグラウンドは，ニュートリノ信号に対して相対的に1/4に減少することが期待される．さらにシールドを強化しているため速中性子などのバックグラウンドも減少していることが期待できる．もしバックグラウンドが十分低く，反応断面積が理論の予想どうりならば，実際にニュートリノと鉛の反応の検出を行うことができる可能性がある．
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[Journal Article] Conceptual Design Report of DaRveX: Decay at Rest νe + Lead Cross Section Measurement at J-PARC MLF2022
Author(s)
F. Suekane, Y. Hino, W. Noguchi, T. Tokuraku, N. Kadota, T. Konno, T. Kawasaki, Y. Hoshino, M. Watanabe, Y. Sugaya, M.K. Cheoun
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Journal Title
e-print, arXiv
Volume: 2205.11769
Pages: 1-52
Open Access / Int'l Joint Research
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