Development of electron-neutrino detection technology using neutrinos from mu+ decay at rest and its application
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20H00146
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
末包 文彦 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (10196678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川崎 健夫 北里大学, 理学部, 教授 (00323999)
今野 智之 北里大学, 理学部, 助教 (60751518)
菅谷 頼仁 大阪大学, 核物理研究センター, 助教 (80324747)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥43,680,000 (Direct Cost: ¥33,600,000、Indirect Cost: ¥10,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2021: ¥23,790,000 (Direct Cost: ¥18,300,000、Indirect Cost: ¥5,490,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
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| Keywords | ニュートリノ原子核反応 / 静止崩壊ニュートリノ / 電子ニュートリノ検出 / 超新星爆発ニュートリノ |
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| Outline of Research at the Start |
これまで良い検出技術が存在していなかった40MeV程度の低エネルギー電子ニュートリノ(νe)を検出するための実験技術の基礎開発を行う．
具体的には，J-PARC研究所のMLFビームラインから発生するμ+が静止崩壊して発生するパルス状のνeを用いて，断面積が大きいと予想される鉛とνeの反応断面積を，鉛-プラスチックシンチレーターサンドイッチ検出器で検出することにより測定する．
この実験技術が確立することにより，これまで不可能だった，νeによる低エネルギーニュートリノ振動の測定や超新星爆発ニュートリノの検出などを行うことができるようになり，新しいニュートリノ研究領域を開くことができる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２０年度は，以下のように，（１）ニュートリノ検出器の開発及び基礎設計，（２）オンサイトでのバックグラウンド測定の準備，（３）ニュートリノフラックス測定のためのJSNS2実験の準備を行った．
（１）モンテカルロシミュレーションおよび文献調査により，ニュートリノと鉛の反応についての理解を深め，ニュートリノ反応の信号について検討し，ニュートリノ検出効率やバックグラウンド除去能率の評価を行い，ニュートリノ検出装置の基礎設計を行った．それを元にしてConceptual Design Report (CDR)を執筆した．シンチレーターの波長変換ファイバー読み出しのテストを行った．東北大の電子光理学研究センターを訪問し，30MeVの電子を用いて行うテスト実験の検討を行った．
（２） オンサイトでのバックグラウンド測定のため，J-PARC MLFの現地調査を行い，実験候補場所を決定した．それを元にバックグラウンド測定の計画書を作成し，MLFに緊急課題として申請した．この申請は審査の後認められた．バックグラウンド測定のため，PANDA検出器を解体し，バックグラウンド測定用の8本システムを製作し，宇宙線と放射線ソースを用いテストを行っている． バックグラウンド測定に使用する，CsI, NaI, 波形弁別能力を持つ新しいタイプのプラスチックシンチレータのテストも行った．読み出しエレクトロニクスの調整も行った．
（３） JSNS2実験の実験準備を行い6月に最初のデータ収集を行うことに成功した．2021年1月から2期目のデータを収集中．
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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
COVID-19のため，対面の打ち合わせや大学間の共同作業が不可能であり，研究を進める効率が非常に悪かったが，毎週オンラインでミーテイングを開き，作業分担を工夫し，以下のように実験準備を進めることができた．そのため，本研究はおおむね順調に進展しているということができる．
MCや文献調査，毎週のミーテイングでの議論によりニュートリノ検出装置の基礎設計を殆ど完成することができた．この基礎設計書(CDR)は2021年春に投稿する予定．実験現場の調査を行いバックグラウンド測定計画を策定し，MLFの審査を経て，現場でのバックグラウンド測定の許可を得ることができるなど，対外的な交渉も順調に進捗している．
我々の経験の少なかったプラスチックシンチレーターのファイバー読み出しのテストにも成功した．PANDA検出器を解体し，バックグラウンド測定のための8本システムを製作し，宇宙線を用いてテストを行うことができるようになった．ニュートリノフラックスを測定することになるJSNS2実験もデータ収集に成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) J-PARCのMLFでのバックグラウンドの測定：MLFでのバックグラウンド測定のため，粒子識別能力のあるプラスチックシンチレーター，CsIシンチレーター，PANDAを８本使ったシンチレーターアレイを開発・製作する．データ収集システムを構築する．実際にMLFビームラインに持ち込み，バックグラウンドの測定を行う．バックグラウンドデータを基にし，検出器の最終的な構造を決定し，本番実験の検出器を設置する場所の選定を行う．
(2) ニュートリノ検出器の設計製作： 検出器の基礎設計に関する論文を投稿する．ニュートリノ検出器の構造を(1)で測定したバックグラウンド量を参考にして決定する．プラスチックシンチレーター，波長変換ファイバー，鉛シートなどを購入し，ニュートリノ検出器を製作する．ケーブル，MPPC，データ収集用PC，データストレージなどを購入し，データ収集回路システムを完成し，宇宙線を用いて測定器の調整を行う．
(3) コミッショニングデータ取得の準備： 秋に本番のニュートリノ測定計画にPACに申請する．申請が認められた場合，３月に本番検出器をMLFに持ち込み，コミッショニングデータの取得を行う．
(4) JSNS2実験でデータ取得を行い，ニュートリノフラックスを出す解析方法を開発する．
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
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[Book] ニュートリノ物理学2021
Author(s)
白井 淳平、末包 文彦
Total Pages
196
Publisher
朝倉書店
ISBN
9784254137811
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