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キセノンを用いた二重ベータ崩壊実験のための新型液体シンチレータ検出器の開発

公募研究

研究領域ニュートリノフロンティアの融合と進化
研究課題/領域番号 16H00859
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

清水 格  東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (10400227)

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 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード液体シンチレータ開発 / 素粒子実験
研究実績の概要

キセノン含有液体シンチレータを用いてニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊を探索するKamLAND-Zen実験では、検出器の極低放射線環境と拡張性において非常に優れた性能を発揮し、世界の実験を大きくリードしている。これまでの液体シンチレータ検出器は、光到達時間から再構成した位置情報のみを基にして発光点がどちらの層にあるかを区別してきたが、本研究ではこれに発光時定数の情報を加えた検出器を開発する。二重ベータ崩壊核が存在する内層に短時定数発光、外層に長時定数発光の液体シンチレータを導入し、発光時間波形の違いによって外層での発光の寄与の有無を判定する。これまでの研究で大型の検出器において使用実績のあるプソイドクメン(PC)とリニアアルキルベンゼン(LAB)をベースとした液体シンチレータを比較して、発光時定数に違いが現れることを確認している。シンチレーション光に対する吸収・再発光や散乱の効果を正確に評価するため、発光時間波形・波長情報と散乱角度を同時に測定する光学パラメータ測定装置を製作した。暗室内部で角度依存性を自動スキャンするため、遠隔制御のロータリーステージを用いている。LABベースの液体シンチレータを用いて、波長360 nmの吸収に対する再発光確率、及び長波長(> 400 nm)の散乱確率とその角度依存性を測定した。これらの結果を入力値とした光学シミュレーションを行うことで、正確な集光率及び発光時間波形の予測から発光点識別能を評価できるようになる。

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。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory/Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California, Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory/Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Search for Majorana Neutrinos Near the Inverted Mass Hierarchy Region with KamLAND-Zen2016

    • 著者名/発表者名
      清水格
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 8 ページ: 082503-082503

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.082503

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 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] New Liquid Scintillator Detector to Search for Neutrinoless Double Beta Decay of 136Xe2018

    • 著者名/発表者名
      清水格
    • 学会等名
      Workshop for Unification and Development of the Neutrino Science Frontier (2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 公募研究:メタルスカベンジャーによる液体シンチレータ検出器の極低放射能化2017

    • 著者名/発表者名
      清水格
    • 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
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] KamLAND2-Zenに向けた液体シンチレータの性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      木下達也
    • 学会等名
      「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」シンチレータ研究会SMART2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ニュートリノ実験のための低放射能化2017

    • 著者名/発表者名
      清水格
    • 学会等名
      第9回アルファ放射体実験室利用研究会合同研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Broad Overview of Neutrino Physics2016

    • 著者名/発表者名
      清水格
    • 学会等名
      International Workshop:Neutrino Research and Thermal Evolution of the Earth
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-10-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Double Beta Decay2016

    • 著者名/発表者名
      清水格
    • 学会等名
      PhyStat-ν Workshop
    • 発表場所
      IPMU(千葉県・柏市)
    • 年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] カムランド

    • URL

      http://www.awa.tohoku.ac.jp/kamland/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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