2023 Fiscal Year Research-status Report

Development of fine-cavity-structure neutrino detector using 3D printer

Research Project

Project/Area Number	22K14058
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	木河達也京都大学, 理学研究科, 助教 (60823408)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	ニュートリノ検出器 / 3Dプリンタ / 水ベース液体シンチレータ / ニュートリノ反応
Outline of Annual Research Achievements	水をベースとした液体シンチレータを用いた新型ニュートリノ検出器の小型試作機を製作したものの、2022年度に行った陽電子ビームを用いた性能評価試験から光量が十分でないことが分かっていた。当該年度においてはまず水をベースとした液体シンチレータに必要な界面活性剤について材料や量を最適化した。その結果、IGEPAL CO-630が光量を増やすのが最適であることがわかり、IGEPAL CO-630を用いて配合を最適化することで水の割合を保ったまま光量を1.8倍に増加することに成功した。シンチレータを分離する光学セパレータについてもさまざまな物質を試験したが、反射率は最大で85%程度であった。光学シミュレーションからこれを93%まで向上することができれば光量を1.4倍にする余地があることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当該年度までに小型試作機を製作し、陽電子ビームにより試験することが当初の研究計画であったが、それらは1年前倒しで完了しており、当該年度においてはその結果をもとに液体シンチレータや光学セパレータのさらなる改良まで行うことができたため。
Strategy for Future Research Activity	光学セパレータの改良が最大の課題であり、まずはそれに取り組む。現在、光学セパレータの材料として使用しているPMMAなどに白色顔料を混ぜる、もしくは2色印刷が可能なデュアルヘッド3D プリンタを用いて薄い層構造を形成することなどにより反射率を93%まで向上し、光量を1.4倍にまで向上することを目指す。反射率が改良した暁には得られた検出性能を実装した検出器シミュレーションを開発し、大型化した際のニュートリノ反応測定の期待性能を見積もる。
Causes of Carryover	目標としていた水ベース液体シンチレータの開発および最適化と小型試作機のビームによる性能評価は達成したが、同時に光学セパレータに大幅な改良の余地があることがわかった。そのため次年度に引き続き光学セパレータの改良を行い、さらなる性能の向上を目指す。