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

• 研究課題/領域番号: 15J00768
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 鉄野 高之介 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 二重ベータ崩壊 / ニュートリノ / 熱量蛍光検出器

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 韓国標準科学院(韓国)
• [雑誌論文] Performance of updated shielding system in CANDLES (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, （途中省略）, S.Umehara, W.Wang, S.Yoshida and N.Yotsunaga （著者41名）
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1921 ページ: 060003-060003
  • DOI: 10.1063/1.5018999
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of CANDLES low background HPGe detector and half-life measurement of 180Tam (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1921 ページ: 030004-030004
  • DOI: 10.1063/1.5018991
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CANDLES experiment for the study of Ca-48 double beta decay (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida et al.
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 未定 ページ: 2633-2635
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2015.10.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status and future prospect of 48Ca double beta decay search in CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 718 ページ: 062026-062026
  • DOI: 10.1088/1742-6596/718/6/062026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low background techniques in CANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1672 ページ: 110004-110004
  • DOI: 10.1063/1.4928006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The CANDLES Trigger System for the Study of Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Maeda et al.
  • 雑誌名: IEEE Trans. Nucl. Sci. 巻: 62 号: 3 ページ: 1128-1134
  • DOI: 10.1109/tns.2015.2423275
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New DAQ System for the CANDLES Experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ichimura, T. Iida, Y.Inukai,H.Kakubata,T.Kishimoto, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Science, IEEE Transactions 巻: 62(3) 号: 3 ページ: 1122-1127
  • DOI: 10.1109/tns.2015.2423673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介、他CANDLES Collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Development of bolometer for CANDLES (2017)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 「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
• [学会発表] シンチレーティングボロメーター開発の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: SMART2017
  • 招待講演
• [学会発表] Study of low background bolometer for CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会2016
  • 発表場所: 山代温泉
  • 年月日: 2016-11-28
• [学会発表] Development of bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (2016)
  • 著者名/発表者名: Konosuke Tetsuno
  • 学会等名: DBD16
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Development of scintillating bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (2016)
  • 著者名/発表者名: Konosuke Tetsuno
  • 学会等名: Neutrino2016
  • 発表場所: Imperial College London, London,England
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Development of scintillating bolometer for 48Ca neutrinoless double beta decay search (2016)
  • 著者名/発表者名: Konosuke Tetsuno
  • 学会等名: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2016
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-02-23
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介、他CANDLES Collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学
• [学会発表] Development of scintillating bolometer for neutrinoless double beta decay search (2015)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 新学術領域「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2015-05-15
• [備考] 所属研究室ホームページ
  • URL: http://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html
• [備考] 岸本研究室ホームページ
  • URL: https://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html
• [備考] 岸本研究室ホームページ
  • URL: http://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html