2022 Fiscal Year Research-status Report
Development for ultra pure inorganic scintillator with Gadolinium for neutrinoless double beta decay searches
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21K18625
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中島 康博 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80792704)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒澤 俊介 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (80613637)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / 無機結晶シンチレーター / ガドリニウム / GAGG |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノが、それ自身の反物質であるというマヨラナ性を持つかどうかは、現在の素粒子物理学に残された重要な未解明の問題の一つである。ニュートリノがマヨラナ性を持つなら、原子核がニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊を起こすと予言されており、様々な原子核を用いたこの事象の探索が世界中で行われている。
本研究では、スーパーカミオカンデ・ガドリニウムプロジェクトのために開発した超高純度ガドリニウム精製技術を応用し、ガドリニウムを含んだ高純度無機結晶シンチレーターを開発し、それを用いてガドリニウムの二重ベータ崩壊を探索する。
先行研究では結晶中の放射性不純物由来の背景事象により感度が制限されていた。その主要な混入経路は原料であるガドリニウムの精製過程にあると考えられるため、高純度ガドリニウムを原料とすることで背景事象の大幅な低減が期待できる。本研究では高純度原料を使用することで、主要な放射性不純物の量を先行研究に比べて一桁程度低減させた結晶の精製技術を確立させ、ガドリニウムの二重ベータ崩壊を世界最高感度で探索することを目指している。
2022年度は、高純度酸化ガドリニウムを用いて作成したGAGG結晶を用い、その光学性能や放射性不純物の含有量の評価を様々な方法で行った。特に、遅延同時計測によるBi214の定量にも成功した。その結果、結晶生成過程や研磨の過程で混入したと思われる放射性不純物が比較的多いことが分かり、今後は結晶作成手法の改善にも取り組んでゆく。
これらの結果を、日本物理学会2023年春季大会で報告した。
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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
2022年度は、製作した結晶内部の放射性不純物の評価を中心に行なった。東京大学本郷キャンパスにて、結晶内部でのシンチレーション発光を遅延同時計測することで、含有しているBi214の定量に成功し、合わせて行なったガンマ線検出器や表面アルファ線検出器での測定結果と合わせ、放射線含有の結晶内の分布についても知見を得ることができた。この結果をもとに、改善を進めているところであり、研究は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度行なった測定の結果、特に表面付近に結晶の製造過程で混入したと思われる放射性不純物が比較的多く含まれることが分かったので、その除去をまず行う。その後、改善した手法を用いて、新たな結晶を製作しそれを用いた放射性不純物の評価および二重ベータ崩壊の探索を行う。さらに、GAGG以外の結晶の製作の検討も並行して行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により、出張が当初の計画より少なかった。次年度の会議参加等のための旅費、および結晶性能評価装置の改善のための装置購入費として使用予定である。
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