2022 Fiscal Year Annual Research Report
異分野連携で挑む革新的水シンチレータ技術の実現
Publicly Offered Research
| Project Area | Exploration of Particle Physics and Cosmology with Neutrinos |
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| Project/Area Number |
21H00063
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
飯田 崇史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水シンチレータ / フッ素系界面活性剤 / ニュートリノ検出器 / シクロデキストリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水をベースとしたシンチレータの開発は、次世代のニュートリノ検出実験や医療応用を目的として広く行われてきた。水シンチレータはこれまで透過率の低さが問題となっていた。水シンチで最も重要となる界面活性剤の屈折率が高いことで反射が起き、光の透過率を悪化させたと考えられる。
本研究の目的は、フッ素系界面活性剤等の新しい手法を取り入れることで、用いた発光量と透過率を兼ね備えた水ベースの液体シンチレータの開発を行うことである。
まず初めに、フッ素系界面活性剤を用いて開発を試みた。フッ素系の界面活性剤は炭化水素系に比べ、屈折率が水に近く（水1.33に対し1.35）反射が起きづらいと考えられる。本研究では、AGCセイミケミカル社のサーフロンという界面活性剤を用いて、発光剤を水に溶かすことに成功した。ただし高い透明度を得ることは出来ず、現状では実用レベルには達していないことを確かめた。
次に炭化水素系材料を用いたものを試した。Triton-X 100と呼ばれる非イオン性界面活性剤と、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）と呼ばれる陰イオン性界面活性剤をある濃度で混ぜ合わせることで、水への可溶化が起きやすくなることを明らかにした。そこへプソイドクメン、ジフェニルオキサゾール（PPO）を溶かすことで、発光量1000光子/MeV, 減衰長30cmの水シンチレータの開発に成功した。ニュートリノ実験に必要な透過率は実現できなかったが、用途によっては実用レベルの性能が得られたと考えられる。この結果を元に、今後組成を最適化し、より高い性能の実現を目指す。
さらにシクロデキストリンを用いてPPOを包接することを試みた。実際に包接体を形成できたが、シクロデキストリンとPPOとの包接体は、水に溶解せず沈殿することが判明した。今後、シクロデキストリンの水への溶解性を向上させるため、シクロデキストリンへ親水性基を導入する。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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