ニュートリノレス二重ベータ崩壊観測のための熱量蛍光検出器の開発

• Project/Area Number: 15J00768
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 鉄野 高之介 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 二重ベータ崩壊 / ニュートリノ / 熱量蛍光検出器

Outline of Annual Research Achievements

CANDLES実験ではCaF2シンチレーターを用い、48Caの二重ベータ崩壊探索を行っている。検出器のさらなる高感度化のために、高いエネルギー分解能を実現できる熱量蛍光検出器を将来的に導入予定であり、現在はその原理検証を行っている。
48Caの熱量蛍光検出器はCaF2結晶とその熱信号を検出するための熱量検出器、蛍光信号を検出するための光検出器、結晶を極低温に冷却するための希釈冷凍機、さらに微小な信号を増幅するためのアンプおよび測定されたデータを記録保存するシステムから構成される。既存の希釈冷凍機の問題のため、当初の予定から変更し、100Moの二重ベータ崩壊探索実験であるAMoREグループのメンバーとの協力研究を開始し、使用実績のある希釈冷凍機を借用した。そしてAMoREグループのメンバーと協力し、熱量蛍光検出器の製作を行った。
その後、約１カ月間データ取得を行った。データ取得はCaF2結晶内部の放射線のエネルギー測定に加え、希釈冷凍機外部から137Cs(662keV)のガンマ線を照射した。そしてオンライン解析で熱量と蛍光信号の同時検出を確認した。さらにオフライン解析でCaF2結晶内部の放射線を用い、48CaのQ値付近でのエネルギー分解能を評価した。またα/βの粒子弁別を行い。α線のBGを解析的に除去できることを実証した。
以上から、研究期間内に目標としていた、CaF2(pure）結晶を用いた熱量蛍光検出器の熱量と蛍光量の同時検出に世界で初めて成功した。エネルギー分解能とα/β分離能に関してはさらなる改善の必要があるが、CaF2結晶内で発生したphotonの一部が熱量検出器に吸収されることが、それらの能力を制限していることが既に分かっており、解析的に熱量の取得信号波形からphotonによる影響を差し引くことで、より良いエネルギー分解能とα/β分離能を得られる見込みである。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 韓国標準科学院(韓国)
• [Journal Article] Performance of updated shielding system in CANDLES (2018)
  • Author(s): K. Nakajima, （途中省略）, S.Umehara, W.Wang, S.Yoshida and N.Yotsunaga （著者41名）
  • Journal Title: AIP Conf. Proc. Volume: 1921 Pages: 060003-060003
  • DOI: 10.1063/1.5018999
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of CANDLES low background HPGe detector and half-life measurement of 180Tam (2018)
  • Author(s): W.M. Chan, T. Kishimoto, S. Umehara, K. Matsuoka, K. Suzuki, S. Yoshida, K. Nakajima, T. Iida, K. Fushimi, M. Nomachi, I. Ogawa, Y. Tamagawa, R. Hazama, Y. Takemoto, N. Nakatani, Y. Takihira, M. Tozawa, H. Kakubata, V.T.T. Trang, T. Ohata, K. Tetsuno, T. Maeda, B.T. Khai, X.L. Li and T. Batpurev
  • Journal Title: AIP Conf. Proc. Volume: 1921 Pages: 030004-030004
  • DOI: 10.1063/1.5018991
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The CANDLES experiment for the study of Ca-48 double beta decay (2016)
  • Author(s): Takashi Iida et al.
  • Journal Title: Nuclear and Particle Physics Proceedings Volume: 未定 Pages: 2633-2635
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2015.10.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Status and future prospect of 48Ca double beta decay search in CANDLES (2016)
  • Author(s): T Iida, K Nakajima, S Ajimura, T Batpurev, W M Chan, K Fushimi, R Hazama, H Kakubata, B T Khai, T Kishimoto, X Li, T Maeda, A Masuda, K Matsuoka, K Morishita, N Nakatani, M Nomachi, S Noshiro, I Ogawa, T Ohata, H Osumi, K Suzuki, Y Tamagawa, K Tesuno, V T T Trang, T Uehara, S Umehara and S Yoshida
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 718 Pages: 062026-062026
  • DOI: 10.1088/1742-6596/718/6/062026
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Low background techniques in CANDLES (2015)
  • Author(s): K. Nakajima, T. Iida, T.Kishimoto, K. Matsuoka, M. Nomachi, S. Umehara, W. M. Chan, H. Kakubata, X. Li, T. Maeda, T. Ohata, B. Temuge, K. Tetsuno, V.T.T. Trang, T. Uehara, S. Yoshida, K. Morishita, I. Ogawa, K. Sakamoto, Y. Tamagawa, M. Yoshizawa, K. Fushimi, R. Hazama, N. Nakatani, and K. Suzuki
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 1672 Pages: 110004-110004
  • DOI: 10.1063/1.4928006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The CANDLES Trigger System for the Study of Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • Author(s): T. Maeda et al.
  • Journal Title: IEEE Trans. Nucl. Sci. Volume: 62 Issue: 3 Pages: 1128-1134
  • DOI: 10.1109/tns.2015.2423275
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New DAQ System for the CANDLES Experiment (2015)
  • Author(s): K. Suzuki, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ichimura, T. Iida, Y.Inukai,H.Kakubata,T.Kishimoto, et al.
  • Journal Title: Nuclear Science, IEEE Transactions Volume: 62(3) Issue: 3 Pages: 1122-1127
  • DOI: 10.1109/tns.2015.2423673
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(127)二重ベータ崩壊のためのシンチレーティングボロメーターの開発 (2018)
  • Author(s): 鉄野高之介、他CANDLES Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Development of bolometer for CANDLES (2017)
  • Author(s): 鉄野高之介
  • Organizer: 「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」2017年領域研究会
• [Presentation] シンチレーティングボロメーター開発の現状 (2017)
  • Author(s): 鉄野高之介
  • Organizer: SMART2017
  • Invited
• [Presentation] Study of low background bolometer for CANDLES (2016)
  • Author(s): 鉄野高之介
  • Organizer: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会2016
  • Place of Presentation: 山代温泉
  • Year and Date: 2016-11-28
• [Presentation] Development of bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (2016)
  • Author(s): Konosuke Tetsuno
  • Organizer: DBD16
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2016-11-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of scintillating bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (2016)
  • Author(s): Konosuke Tetsuno
  • Organizer: Neutrino2016
  • Place of Presentation: Imperial College London, London,England
  • Year and Date: 2016-07-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of scintillating bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (2016)
  • Author(s): Konosuke Tetsuno
  • Organizer: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2016
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2016-05-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(108)二重ベータ崩壊のためのシンチレーティングボロメーターの開発 (2016)
  • Author(s): 鉄野高之介
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 二重ベータ崩壊のためのシンチレーティングボロメーターの開発 (2016)
  • Author(s): 鉄野高之介
  • Organizer: 新学術領域「地下素核研究」計画研究A班主催 第一回若手研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2016-02-23
• [Presentation] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(113)二重ベータ崩壊のためのシンチレーティングボロメーターの開発 (2016)
  • Author(s): 鉄野高之介、他CANDLES Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学
• [Presentation] Development of scintillating bolometer for neutrinoless double beta decay search (2015)
  • Author(s): 鉄野高之介
  • Organizer: 新学術領域「地下素核研究」2015年領域研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2015-05-15
• [Remarks] 所属研究室ホームページ
  • URL: http://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html
• [Remarks] 岸本研究室ホームページ
  • URL: https://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html
• [Remarks] 岸本研究室ホームページ
  • URL: http://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html