太陽ニュートリノ精密観測に向けた次世代超大型水チェレンコフ検出器用集光装置の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K03986
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 矢野 孝臣 東京大学, 宇宙線研究所, 特任助教 (70437341)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 水チェレンコフ検出器 / ニュートリノ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、次世代超大型水チェレンコフ検出器による太陽ニュートリノの観測感度向上を最終目的とし、検出器の性能向上のための集光装置を開発を行うことを目的としています。水チェレンコフ検出器では、ニュートリノ検出の標的になる純水をタンクにおさめ、その周りを囲うように光センサーをタンク壁面に設置します。ニュートリノが反応して生じる荷電粒子は水中でチェレンコフ発光をおこし、この光を光センサーで捉えることでニュートリノを観測します。この光は太陽ニュートリノの場合で光子数十個と大変微弱であるために、光センサーに集光装置を設置することで検出器全体の性能を向上させることが可能です。本研究では、集光装置として円錐を切り出した形のミラーを光センサーの周囲を囲うように設置することで性能の向上を目指します。
本年度は予定に従い、1. 形状の設計・2. 素材の選定・3. 製造(手法の調査)について引き続き研究を行いました。形状の設計については新たに高速な光学シミュレータであるROBASTを導入し、評価を開始しました。素材の選定としてはアルミニウムおよびインジウムミラーに加え、新たに誘電体多層膜について純水および硫酸ガドリニウム添加水中で加速試験を行い反射率劣化の評価を行いました。検討している誘電体多層膜についても、製造手法について試験を行いました。計画の三年目となる令和四年度については、上記の研究を引き続き行い発展させる予定です。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は予定の通り、1. 形状の設計・2. 素材の選定・3. 製造(手法の調査)について引き続き研究を行いました。 前項目に示した通りこれらはいずれも順調な進展を示しています。素材の選定については、計画の2年目である令和二年度に評価を行ったインジウム・アルミニウムによるミラーの形成に加え、誘電体多層膜を評価に加えました。純水および硫酸ガドリニウムに対して行った加速試験の結果、この素材が優れた耐性を示すことがわかりました。誘電体多層膜素材を用いたミラーの形成についてはこれまでの素材と同様の手法が使用できないため、新年度において新たな方法を検討します。ミラー形状の設計改良については、感染症対策およびロシア・ウクライナ情勢の影響により進捗にやや遅れが見られます。

Strategy for Future Research Activity

計画の三年目となる令和四年度については、開発項目である1. 形状の設計・2. 素材の選定・3. 製造(手法の調査)について引き続き研究を行い発展させる予定です。また令和四年度から五年度にかけて、これまでに開発したインジウム・アルミニウムに加え誘電体多層膜を使用した集光ミラーについて、集光の実性能の評価を行う予定です。

Causes of Carryover

令和3年度については感染症対策に伴い学会その他に伴う出張がとりやめとなったため、旅費の使用を行いませんでした。