高発光量ヨウ化物シンチレータによる宇宙暗黒物質探索のための基礎研究

• 研究課題/領域番号: 16K17700
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 筑波大学 (2017); 大阪大学 (2016)
• 研究代表者: 飯田 崇史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 無機シンチレータ / 暗黒物質探索 / 二重ベータ崩壊探索 / 地下素粒子実験 / 暗黒物質 / 結晶育成 / 宇宙物理 / 素粒子実験 / 放射線 / 結晶成長

研究成果の概要

本研究ではヨウ化カルシウム（CaI2）を用いて、暗黒物質探索を行うことが可能な新しい高感度シンチレータを開発し、その性能と将来性を評価した。石英封止型ブリッジマン法を用いて、CaI2結晶を作成し、NaI(Tl)の2.7倍に当たる107,000光子/MeVという大発光量を達成した。一方で強い劈開性により加工が難しかったため、Iの一部をBrで置き換えたCa(Br,I)2シンチレータも作成した。その結果、こちらも95,400光子/MeVとなり、暗黒物質探索に必要な大発光量を達成することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Single crystal growth and scintillation properties of Ca(Cl, Br, I)2 single crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: Kei Kamada, Takashi Iida, Takaki Ohata, Masao Yoshino, Shoki Hayasaka, Yasuhiro Shoji, Shiro Sakuragi, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: Vol. 43, Suppl. 1 ページ: 423-427
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.05.249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and scintillation properties of Ca(Cl, Br, I)2 single crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Kei Kamada, Takashi Iida, Takaki Ohata, Masao Yoshino, Shoki Hayasaka, Yasuhiro Shouji, Shiro Sakuragi , Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Astro-particle physics with newly developed inorganic scintillator (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida, Kei Kamada, Takaki Ohata
  • 学会等名: New Development In Photo-detection （NDIP17）
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-purpose detector using high light yield CaI2 crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida, Kei Kamada, Takaki Ohata
  • 学会等名: XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics （TAUP2017）
  • 国際学会
• [学会発表] CaI2シンチレータの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯田崇史
  • 学会等名: シンチレータ研究会（SMART2017）
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal growth and scintillation properties of Eu doped Ca(BrxI1-x)2 solid solution (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Furuya, T. Iida, K. Kamada, M. Yoshino, R. Murakami, Y. Shoji, V. V. Kochurikhin, A. Yamaj, S. Kurosawa, Y. Ohashi, Y. Yokota, and A. Yoshikawa
  • 学会等名: 7th International Workshop on PHOTOLUMINESCENCE IN RARE EARTHS : PHOTONIC MATERIALS AND DEVICES (PRE'17)
  • 国際学会
• [学会発表] シンチレータの原理と応用例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯田崇史
  • 学会等名: 第４回 超新星ニュートリノ研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Development and performance evaluation of CaI2 scintillator crystal for dark matter search (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida, Kei Kamada, Takaki Ohata
  • 学会等名: International Workshop on Double Beta Decay and Underground Science （DBD16）
  • 発表場所: Icho-kaikan in Suita campus, Osaka University
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] 宇宙暗黒物質探索のためのヨウ化カルシウムシンチレータの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 飯田崇史、鎌田圭、太畑貴綺
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2016-09-18
• [学会発表] Development of Calcium Iodide scintillator for future dark matter search (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida and Kei Kamada
  • 学会等名: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2016
  • 発表場所: Koshiba Hall, University of Tokyo
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会