2021 Fiscal Year Annual Research Report
ニュートリノレス二重ベータ崩壊探索用ナノ粒子添加液体シンチレータの開発
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20K20917
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
浅井 圭介 東北大学, 工学研究科, 教授 (60231859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
越水 正典 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40374962)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 液体シンチレータ / ナノ粒子 / 水熱合成 / 有機無機ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノの解明すべき性質の一つが、ニュートリノには、別の反粒子が存在するのか否かという点である。この議論に決着を付けうる実験研究の一つが、ニュートリノレス二重ベータ崩壊現象の探索であり、そのための実験系として、候補となる原子核を液体シンチレータ中に大量に導入したものが有力である。そのためには、液体シンチレータの主成分であるトルエンなどの有機溶媒に、該当する原子核を多量に導入する必要がある。現状では、含有量は低く、また、添加によるシンチレータの発光量低下が顕著である。
上記の問題を解決するため、トルエンなどの有機溶媒への分散が可能なMoなどの酸化物ナノ粒子を添加する手法を考案した。即ち、有機溶剤に分散可能な、対象となる原子核を含む金属元素の酸化物ナノ粒子を、超臨界プロセスにより合成し、それらを添加した液体シンチレータを開発することを目的とした。
今年度の研究では、96Zrからのニュートリノレス二重ベータ崩壊を計測対象とした液体シンチレータを開発した。添加するナノ粒子につては、超臨界あるいは亜臨界での水熱合成法を用いた。この手法では、ナノ粒子の析出とともにその表面に有機修飾を施すことが可能である。表面を修飾する有機分子として、今年度には、異なる長さのπ電子系有機分子を選定した。これらを混合して用いることにより、液体シンチレータの溶媒となるトルエンに対して、より高い濃度で分散することに成功した。最高で1 wt%の分散濃度を実現した。これは、無機塩や錯体で添加した場合と比較しても高濃度であり、なおかつ発光量の低減も非常に抑制されていた。
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