新素材シンチレーターを用いたK0稀崩壊実験用VETO検出器の基礎開発

• 研究課題/領域番号: 16K05368
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 山形大学
• 研究代表者: 吉田 浩司 山形大学, 学士課程基盤教育機構, 教授 (80241727)
• 研究協力者: 田島 靖久 山形大学, 学士課程基盤教育機構教育企画部, 准教授 (50311577) ; 佐々木 未来 ; 関 悠登 ; 岩佐 美和 ; 及川 裕暉 ; 杉原 悠太
• 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: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 粒子線検出器 / カロリメーター / シンチレーター / 波長変換ファイバー / シンチレーションファイバー / 蛍光寿命 / シンチレックス / MPPC / 粒子測定技術 / 素粒子実験 / 実験核物理

研究成果の概要

J-PARC E14 STEP 2 の実現に向けてγ線VETO検出器の構成要素に関しての基礎研究をおこなった。PEN樹脂ベースの新素材シンチレーター「シンチレックス」については、試作したサンドイッチ型検出器のビーム実験データから直線性やエネルギー分解能について一定水準の応答性能を示せた。またその温度消光、熱発光について初の系統的な測定データを得ることができた。新世代MPPCは高計数率下においても信号特性に優れて安定に動作させることが可能であることが示せた。またUVSOR放射光を用いてシンチレーター材料の時間特性の性能評価の手法を確立することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

2011年に産学連携事業により登場した新素材について、実際の検出器に応用してその性能を実証できた一方で、得てして応用先行になりがちなところ、その基礎物性の研究にも取り組み、その素材がもっている欠点（温度消光や熱発光等）についても系統的な測定データを得るなどして、基礎的な裏付けを与えることができた。また、新世代MPPC等新しいデバイスを、素粒子実験の将来計画に効果的に採用できることを実証できた。

研究成果

• [雑誌論文] Search for KL→π0νν-bar and KL→π0X0 Decays at the J-PARC KOTO Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: J. K. Ahn et al. (KOTO Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 122 号: 2 ページ: 021802-021802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.122.021802
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Non-strange dibaryons studied in the γd→π0π0d reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 789 ページ: 413-418
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2018.12.050
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First measurement of coherent double neutral-pion photoproduction on the deuteron at the incident energy below 0.9 GeV (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, H. Fujimura, H. Fukasawa, R. Hashimoto, Q. He, Y. Honda, T. Iwata, S. Kaida, H. Kanda, J. Kasagi, A. Kawano, S. Kuwasaki, K. Maeda, S. Masumoto, M. Miyabe, F. Miyahara, K. Mochizuki, N. Muramatsu, A. Nakamura, K. Nawa et al.
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 印刷中 ページ: 398-402
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2017.04.010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] UVSOR紫外光を用いたシンチレーションファイバー及び波長変換ファイバーの蛍光寿命測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 及川裕暉
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] GeV-γビームラインにおける新光子標識化装置の開発VIII (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木未来
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会（2017年）
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] GeV-γビームラインにおける新光子標識化装置の開発IX (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩佐美和
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会（2017年）
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Development of a new photon tagging system for GeV-gamma beam line (2017)
  • 著者名/発表者名: Miki Sasaki
  • 学会等名: 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • 国際学会
• [学会発表] GeV-γビームラインにおける新光子標識化装置の開発VII (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木未来
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学木花キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21