2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Ocean Bottom Detector for mantle geo-neutrino measurement
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20H01909
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡辺 寛子 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (70633527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上木 賢太 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 研究員 (40646353)
荒木 英一郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(地震津波予測研究開発センター), グループリーダー (60359130)
許 正憲 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 特任上席研究員 (70359123)
阿部 なつ江 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 主任研究員 (80302933)
笠谷 貴史 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), グループリーダー (90373456)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 地球ニュートリノ / 地球内放射化熱 / 海洋底検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球内放射性物質起源の地球ニュートリノは、地球の根本的な謎に関わる地球内放射性物質量を直接観測することができる唯一の手段である。 これまでに地球ニュートリノ観測により地球化学組成モデルに制限を与えたが、大陸上での観測は約70%もの寄与が地殻由来であり地殻の予想モデルの不定性が大きいことにより、より深いマントルの有益な情報を得ることは難しい。本研究は、地殻が薄くより単純な海洋での観測を実現し、マントルの地球化学組成という地球深部の革新的知見を得る大型研究の実現を目指す。
本年度は、海洋底という低温・高圧の特殊環境で目標性能を有する各検出器要素の必要開発性能の洗い出しとその開発を行った。海洋底地球ニュートリノ検出器は、宇宙線ミューオン由来の背景事象の低減のため、3-5 km程度の深海に設置する必要がある。現在稼働中や計画中のニュートリノ検出器とは全く異なる環境であり、この特殊環境下で安定的に稼働する検出器要素の開発が必須である。海水圧による30-50 MPaの高圧と2-4°Cという低温環境、さらに陸から隔絶された環境での安定的な電力供給と通信方法について、 独自の開発と実現方法の検討を行った。これまでの研究で低温下で液体シンチレーターが白濁することが報告されていたが、窒素パージによる水分の除去により低温下でも透明性を保持できることを示した。また、ガラスバイアルによる簡略的な測定で4度の低温下での液体シンチレーターの発光量が8%程度上昇することを実測した。検出器シミュレーションによって、光電子増倍管の耐水圧シールドの許容放射性物質量を求め、必要低減量を見積もった。海洋実験で多数の使用実績のあるガラスシールドの含有放射性物質量のICPMSによる分析を行い、その低減のためにガラスを溶融する坩堝にプラチナコーティングをする案を業者と共に開発した。
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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
新型コロナウィルス蔓延の影響を受け、当初予定していた実験装置の開発を行うことができない期間があったものの、検出器シミュレーションやオンラインでの研究推進を進め、研究成果を得ることに繋げることができた。今後の研究推進に必要な開発要素の洗い出しを研究期間開始時に行い、それに沿って開発を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、海底環境を模した実験環境での各検出器要素の開発や、大型検出器の検出感度の見積もりなどを行い、小型プロトタイプ検出器の制作へと集約していく。
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