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背景事象フリーな次世代型TPC検出器によるマヨラナニュートリノ探索

研究課題

研究課題/領域番号 18J00365
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)
研究機関京都大学

研究代表者

小原 脩平  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードガス検出器 / ニュートリノレス二重ベータ崩壊 / ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊
研究実績の概要

本年度当初に, これまで使用していたターボポンプおよびスクロールポンプ等計3台が故障し, 実験に使用するキセノンガスに大気が混入するトラブルが生じた. 本研究では高純度なキセノンガスを用いることで高エネルギー分解能を達成する検出器のため, これは検出器性能評価の面で深刻な問題であった. この問題に対し, 現状持ちうる機器のみで蒸留純化を行なった.
また10kg(180L)のキセノンを保持するプロトタイプ検出器の設計製作も行った. 光検出器を設計通りの数だけ購入し設置するのが現段階では困難なため, まず小さいスケールで実験を行うこととした. 信号検出面を新たに分割構造として設計開発したことにより, この段階的な試験性能評価が可能になった. 実際にエネルギー分解能の性能評価を行ったところ, 先行するNEXT実験と同程度の0.79--1.52% (FWHM, Q値換算)の結果を得た.
将来, 地下で行う大規模な物理測定にむけて, 岐阜県神岡鉱山にある神岡地下実験施設を想定した将来の検出器についての基本的な設計概念をはじめて作成した. 新たに実験用坑道を掘削する場合と, すでにあるいくつかの検出器の跡地を再利用する場合において複数案を提言するとともに, その掘削費用についての概算を行った. 安全面および地下鉱山内への検出器搬入についても検討し, 問題のない設計をした.
以上のように, 本年度はトラブルも多少あったものの, 設計通りにプロトタイプが稼働することを確認し 511keV でのエネルギー分解能評価も行うことができ, 将来検出器としての可能性を強く示すことに成功した.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] AXEL: High-pressure Xe gas TPC for BG-free 0ν2β decay search2020

    • 著者名/発表者名
      Obara S.、Ban S.、Hirose M.、Ichikawa A.K.、Kikawa T.、Nakamura K.Z.、Nakaya T.、Tanaka S.、Yoshida M.、Iwashita Y.、Sekiya H.、Nakajima Y.、Ueshima K.、Miuchi K.、Nakamura K.D.、Minamino A.、Nakadaira T.、Sakashita K.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 958 ページ: 162803-162803

    • DOI

      10.1016/j.nima.2019.162803

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design and performance of a high-pressure xenon gas TPC as a prototype for a large-scale neutrinoless double-beta decay search2020

    • 著者名/発表者名
      Ban S、Hirose M、Ichikawa A K、Iwashita Y、Kikawa T、Minamino A、Miuchi K、Nakadaira T、Nakajima Y、Nakamura K D、Nakamura K Z、Nakaya T、Obara S、Sakashita K、Sekiya H、Sugashima B、Tanaka S、Ueshima K、Yoshida M
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 号: 3

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa030

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Basic Study of Positive Ion Detection at TPC for 0v2b search2019

    • 著者名/発表者名
      Obara Shuhei
    • 学会等名
      International Symposium on Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高圧希ガスにおける陽イオン検出のための基礎研究と二重ベータ崩壊探索への応用2019

    • 著者名/発表者名
      小原脩平
    • 学会等名
      日本物理学会第 74 回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] XEL: High-pressure Xe gas TPC for BG-free 0v2b decay search2019

    • 著者名/発表者名
      Obara Shuhei
    • 学会等名
      Vienna Conference on Instrumentation 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AXEL experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Obara Shuhei
    • 学会等名
      Symposium for Muon and Neutrino Physics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AXEL 実験2018

    • 著者名/発表者名
      小原脩平
    • 学会等名
      第 3 回宇宙素粒子若手の会 秋の研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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