セルフトリガー可能な24Na線源開発とCaF2検出器の低バックグラウンド化

• 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: 16H00870
• 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: 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: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 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: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: ニュートリノ / 二重ベータ崩壊 / エネルギー較正 / 素粒子実験 / 原子核実験 / 較正線源開発 / 実験核物理 / 放射線

研究実績の概要

ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊は素粒子ニュートリノの本質に迫り、物質の起源解明に関わるため、現代物理学において極めて重要な研究であると位置づけられる。本研究では、大阪大学が神岡地下実験施設で推進するCANDLES実験において24Naを用いた較正手法を開発し、48CaのQ値（4.3MeV）に近い4.1MeVでのエネルギー較正を行う。また、同じ線源を用いて主要なバックグラウンドであるマルチヒット事象のスタディを行う。マルチヒット事象とは、208Tlのβ線とγ線が別の結晶を光らせる事象のことで、現状のCANDLES実験では外部からのγ線バックグラウンドを落とした後、最後に残る重要なバックグラウンドである。
平成２９年度は、前年度の情報から最適化されたNaI結晶を用いてCANDLES検出器較正用24Na線源を開発し、実際のデータ取得を行った。11月に実際に線源を神岡に移し、CANDLES検出器内部に配置しての較正作業を行った。24Naから放出されたベータ線でセルフトリガーをかけたデータにおいて、２本のγ線のピーク（1.4MeV, 2.7MeV）を確認した。それを用いて解析を行い、Q値付近でのエネルギー較正を可能とした。
また、マルチヒット事象の光量分布を得て、シグナルとの違いをカイ二乗検定で評価する手法を開発した。今回は24Na線源を液体シンチレータタンクの外側から照射したため、効率的なマルチヒット事象の取得が困難であった。代わりに小型の88Y線源をタンク内部の結晶間に配置して、0.9MeVと1.8MeVの2本のガンマ線で同様にマルチヒット事象を作り出すことに成功した。そのデータを用いて、マルチヒット事象を半分以下に低減出来ることを示した。本研究により、バックグラウンドフリー測定という目標につながる重要な一歩を踏み出すことに成功した。

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。

研究成果

• [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] Status and future prospect of 48Ca double beta decay search in CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: T Iida, K Nakajima, S Ajimura, T Batpurev, W M Chan, K Fushimi, R Hazama, H Kakubata, B T Khai, T Kishimoto, X Li, T Maeda, A Masuda, K Matsuoka, K Morishita, N Nakatani, M Nomachi, S Noshiro, I Ogawa, T Ohata, H Osumi, K Suzuki, Y Tamagawa, K Tesuno, V T T Trang, T Uehara, S Umehara and S Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 718 ページ: 062026-062026
  • DOI: 10.1088/1742-6596/718/6/062026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The CANDLES experiment for the study of Ca-48 double beta decay (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida et al.
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 未定 ページ: 2633-2635
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2015.10.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Study of neutrino-less double beta decay by CANDLES (125) Development of new calibration method using 24Na source (2018)
  • 著者名/発表者名: V. T. T. Trang
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Study of 48Ca double beta decay ~ The CANDLES project ~ (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida for the CANDLES collaboration
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティアの融合と進化」国際会議
  • 国際学会
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究（115）-検出器遮蔽による(n,gamma)事象の低減- (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯田崇史、Michael Moser for the CANDLES collaboration
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] The CANDLES project aiming for the low background frontier (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティアの融合と進化」研究会 2016
  • 発表場所: 山代温泉ゆのくに天詳
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] Low background double beta decay search in CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida for the CANDLES collaboration
  • 学会等名: International Workshop on Double Beta Decay and Underground Science （DBD16）
  • 発表場所: Icho-kaikan, Suita campus, Osaka University
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [備考] CANDLES実験ホームページ
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~umehara/Public/index.html