| Project Area | Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics |
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| Project/Area Number |
19H05808
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
南野 彰宏 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70511674)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 雅士 早稲田大学, 理工学術院, 准教授(任期付) (30545497)
池田 一得 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (90583477)
竹田 敦 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (40401286)
岩田 圭弘 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島研究開発拠点 廃炉環境国際共同研究センター, 研究職 (20568191)
伊藤 主税 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 安全・核セキュリティ統括本部, 研究主幹 (90421768)
市村 晃一 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (80600064)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥117,000,000 (Direct Cost: ¥90,000,000、Indirect Cost: ¥27,000,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2020: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000)
Fiscal Year 2019: ¥51,480,000 (Direct Cost: ¥39,600,000、Indirect Cost: ¥11,880,000)
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| Keywords | 極低放射能 / 中性子 / ラドン / ニュートリノ / 暗黒物質 / クリプトン / 二重ベータ崩壊 / 極低放射能技術 / 高純度ゲルマニウム検出器 / レーザー共鳴イオン化 / 希ガス微量分析 / 環境中性子 / 液体シンチレータ / 高感度ラドン検出器 / ヘリウム3比例計数管 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、本領域「地下宇宙」が成功するために優先して進めるべき次の4つのテーマを、他の計画研究班と連携しながら進める。
1. 世界初の中性子バックグラウンドの体系的理解（計画研究A02、B01、B02班と連携）
2. 水やキセノンガス中からのラドン除去（計画研究A01、B01、B02、C01班と連携）
3. 低バックグラウンド材料の選定（計画研究A01、A02、B01、B02、C01、D02班と連携）
4. データベースを用いた測定結果の国内外への発信
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低放射能技術の開発を、本領域の他の計画研究班と連携しながら進める。極低放射能技術は、本領域の目標であるニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊、宇宙暗黒物質、超新星背景ニュートリノの世界初発見に向けて必要不可欠な技術である。本研究では次の4つの研究課題を進めた。
（１）世界最高感度のスクリーニングシステム構築のために、極低放射能部材を用いた新型ゲルマニウム検出器を納入した。並行して、既存のゲルマニウム検出器を用いたスクリーニングを行い、本領域の各計画研究班に情報を提供した。（２）リアルタイムで水中のラドン濃度測定ができる水ラドン検出器を開発し、バックグラウンドレベルを 1 mBq/m3 以下におさえることに成功した。また、既存の水ラドン検出器をB01班が推進しているXENONnT実験に移設し、動作試験を完了させた。更に、水中のラドン濃度を高感度測定するための濃縮作業を自動化するための準備を進めた。レーザー共鳴イオン化を用いたキセノンガス中の希ガス（クリプトン及びラドン）微量分析に向けては、パルスレーザー及び飛行時間型質量分析計等の分析装置一式を日本原子力研究開発機構大洗研究所から東京大学原子力専攻に移設し、動作試験を進めている。（３）地下実験施設における環境中性子フラックスの測定に向けて、ヘリウム３比例計数管を追加で2台導入し、性能評価を進めた。また、液体シンチレーター検出器を極低放射能部材を用いて製作し、神岡地下実験施設においてデータ取得を開始した。（４）成果発信のために、先行の新学術領域研究「地下素核」で開発された放射能データベースを引き継ぎ、改良を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究全般は順調に進展したが、一部に遅れが発生した。
(1)スクリーニングシステムに用いる新型ゲルマニウム検出器の部材選定に時間がかかり、納入が遅れた。一方、既存のゲルマニウム検出器を用いた測定は順調に進展した。(2)硫酸ガドリニウム水中のラドン測定のための３種の水ラドン検出器の開発および測定は順調に進展した。レーザー共鳴イオン化を用いたキセノンガス中の希ガス微量分析にむけた分析装置一式の移設及び動作確認は順調に進展した。(3)中性子検出器の準備と性能評価は順調に進展した。一方、地下実験施設における環境中性子フラックスの長期測定の開始は次年度に延期した。(4)放射能データベースの準備は順調に進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナウィルスの感染状況によっては神岡実験施設における研究が大幅に制限される可能性があるが、引き続き次の4つの研究課題を進める。
（１）新型ゲルマニウム検出器の遮蔽体の準備を完了し、スクリーニングシステムとしての運用を開始する。既存のゲルマニウム検出器を用いたスクリーニングも継続して進める。（２）リアルタイムで水中のラドン濃度測定ができる水ラドン検出器については、低バックグラウンド化を進め、C01班が推進しているSK-Gd実験での運用を開始する。XENONnT実験に導入した水ラドン検出器は引き続き運用を行う。高感度ラドン計は濃縮作業の自動化を完了後にSK-Gdでの運用を開始する。レーザー共鳴イオン化を用いた希ガス微量分析は空気中のクリプトン共鳴イオン化信号を観測後にアルゴンガスやキセノンガスでの測定を行う。（３）地下実験施設における環境中性子フラックスの長期測定を開始する。また、液体シンチレーター検出器はアルファ線バックグラウンドのさらなる削減後に量産を行い、多地点での測定に対応させる。（４）放射能データベースは本領域メンバー以外への公開に向けた準備を進める。
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