二重ベータ崩壊測定のための高性能フッ化カルシウム結晶開発

• 研究課題/領域番号: 16H03981
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 梅原 さおり 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10379282)
• 研究協力者: 吉田 斉 ; 竹本 康浩 ; 黒澤 俊介
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2018年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 二重ベータ崩壊 / 低バックグラウンド / 低放射能 / 高純度 / フッ化カルシウム / 高純度結晶 / フッ化カルシウム結晶 / 無機シンチレータ

研究成果の概要

二重ベータ崩壊核48Caのニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の世界最高感度測定装置の設計構築のためには、放射性不純物の少ない高純度結晶、濃縮したカルシウム48、フッ化カルシウムを用いた熱量委検出器の技術が必要である。本研究で、放射性不純物の少ない高純度結晶を製造し、また、濃縮48Caの化学形体である塩化カルシウムからCaF2の製造を行った。さらに、実際にフッ化カルシウム結晶を蛍光熱量検出器としてはじめて使用し、これが二重ベータ崩壊測定に使える見込みを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊測定は、ニュートリノのマヨラナ粒子性(粒子・反粒子の転換可能性) を検証できる唯一の方法であり、また、ニュートリノの質量の絶対値を観測できる重要な測定である。本研究では、二重ベータ崩壊測定装置開発のために必要な技術開発を行った。これは、現在の二重ベータ崩壊測定の感度を飛躍的に向上した次世代二重ベータ崩壊測定装置構築に有用である。

研究成果

• [雑誌論文] Calcium isotope separation by band chromatography using 18-crown-6-ether resin (2018)
  • 著者名/発表者名: Umehara Saori、Nomura Masao、Fujii Yasuhiko、Okumura Shin、Yano Toyohiko、Kishimoto Tadafumi
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: 55 号: 12 ページ: 1473-1480
  • DOI: 10.1080/00223131.2018.1516579
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Background studies of high energy γ rays from ( n,γ ) reactions in the CANDLES experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Nakajima, T.Iida, （途中省略）, S. Yoshida, N. Yotsunaga （著者41名）
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 100 ページ: 54-60
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.02.012
  • 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] 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] Search For Neutrino-less Double Beta Decay Of 48Ca- Candles - (2017)
  • 著者名/発表者名: Saori Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, T. Iida, Y. Takemoto, K. Matsuoka, V.T.T. Trang, S. Yoshida 他40名
  • 雑誌名: The Proceedings of The 26th International Nuclear Physics Conference(INPC2016) 巻: PoS INPC2016 ページ: 246-246
  • DOI: 10.22323/1.281.0246
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recent Studies on Ca Isotope Separation by Crown-Ether Resin Chromatography (2016)
  • 著者名/発表者名: Shin Okumura, Saori Umehara, Tadafumi Kishimoto, et al.
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ ａｎｄ Ｒａｄｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 16 号: 0 ページ: 11-14
  • DOI: 10.14494/jnrs.16.11
  • NAID: 130005549056
  • ISSN: 1345-4749, 1883-5813
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(131)二重ベータ崩壊のためのCaF2シンチレーティングボロメーターの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鉄野高之介
  • 学会等名: 物理学会第73回年次大会
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(128) -測定の現状と今後- (2019)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Low temperature detector for underground nuclear and particle research (2019)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Scintillating Bolometer with CaF2 crystal for Neutrinoless Double Beta Decay of Ca-48 (2019)
  • 著者名/発表者名: Xiaolong Li
  • 学会等名: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2019
  • 国際学会
• [学会発表] シンチレータ結晶の内部不純物分析装置 (2019)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 極低放射能技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 同位体を濃縮したシンチレータ (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: Scintillator for Medical, Astroparticle and Environmental Radiation Techniques(SMART2018)
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Scintillating Bolometer for Neutrinoless Double Beta Decay of 48Ca (2018)
  • 著者名/発表者名: Li, Xiaolong
  • 学会等名: Fifth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the APS and the JPS
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Scintillating Bolometer for Neutrinoless Double Beta Decay of 48Ca (2018)
  • 著者名/発表者名: Li, Xiaolong
  • 学会等名: International Workshop on "Double Beta Decay and Underground Science" DBD18
  • 国際学会
• [学会発表] シンチレーター結晶の内部不純物分析装置 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(114) - CANDLES実験の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] クラウンエーテル樹脂法によるCa-48同位体濃縮プラントの概念設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋久士
  • 学会等名: 第15回同位体科学研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2017-03-10
• [学会発表] シンチレーター結晶の内部不純物分析装置 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 極低放射能技術研究会（LBGT2017)
  • 発表場所: 岐阜県飛騨市
  • 年月日: 2017-02-19
• [学会発表] CANDLESの報告 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 極低放射能技術研究会（LBGT2017)
  • 発表場所: 岐阜県飛騨市
  • 年月日: 2017-02-19
• [学会発表] Enriched CaF2の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies(SMART 2017)
  • 招待講演
• [学会発表] CANDLES による二重ベータ崩壊の研究(120) CANDLES 実験の測定状況 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 日本物理学会2017 年秋季大会
• [学会発表] Neutrino-less double beta decay of 48Ca studied by CaF2(pure) scintillators --CANDLES-- (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics(TAUP2017)
  • 国際学会
• [学会発表] CANDLES (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: CRCタウンミーティング
  • 招待講演
• [学会発表] Search For Neutrino-less Double Beta Decay Of 48Ca -Candles- (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Umehara
  • 学会等名: The 26th International Nuclear Physics Conference (INPC 2016)
  • 発表場所: Adelaide, Australia
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] クラウンエーテル樹脂を用いるCa-48濃縮法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井靖彦
  • 学会等名: 原子力学会2016年秋の大会
  • 発表場所: 福岡県久留米市
  • 年月日: 2016-09-07
• [備考] 二重ベータ崩壊測定実験CANDLES
  • URL: https://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/candles/index.html