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フッ素系界面活性剤による透明な水シンチレータの実現

公募研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 19H05094
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

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) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード水シンチレータ / フッ素系界面活性剤 / ニュートリノ検出器 / ニュートリノ
研究開始時の研究の概要

本研究は10年後を見据えた巨大シンチレータ・ニュートリノ実験計画のR&Dとして、フッ素系の界面活性剤を用いた発光量と透過率を兼ね備えた水ベースの液体シンチレータ(水シンチレータ)を世界で初めて開発する。それにより、チェレンコフ光では観測できない低エネルギーの太陽ニュートリノや超新星背景ニュートリノを高感度で測定することを目指していく。水シンチレータはこれまで透過率の低さが問題となっていた。本研究では屈折率が水に近く(水1.33に対し1.35)反射が起きづらいフッ素系の界面活性剤を用いて、透明度の高い水シンチレータを開発する。

研究実績の概要

本研究は将来の大型ニュートリノ観測実験のR&Dとして、フッ素系の界面活性剤を用いた発光量と透過率を兼ね備えた水ベースの液体シンチレータ(水シンチレータ)の開発を行う。それにより、チェレンコフ光では観測できない低エネルギーの太陽ニュートリノや超新星背景ニュートリノを高感度で測定することを将来的に目指していく。
水シンチレータはこれまで透過率の低さが問題となっていた。水シンチレータで最も重要となる界面活性剤の屈折率が高いことで反射が起きてしまったため、光の透過率が下がったと思われる。本研究では屈折率が水に近く(水1.33に対し1.35)反射が起きづらいフッ素系の界面活性剤を用いて、透明度の高い水シンチレータを開発する。
今年度の目的は、実際にフッ素材料を用いた水シンチレータを作成し、その性能を評価することである。2019年度のうちに筑波大学に分光光度計(U3900)を導入し、作成した水シンチレータの透過率測定環境を整備しており、2020年度は複数のフッ素系界面活性剤サンプルを購入し、水に溶かしたものの透過率を測定した。5種類の比較により、AGCセイミケミカル社のサーフロンというフッ素系界面活性剤が、比較的良い性能を示すことが分かった。それを用いて、実際に水に発光剤(2,5-ジフェニルオキサゾール)を溶かして、フッ素系の水シンチレータ・サンプルを世界で初めて作成することに成功した。以上のように、本研究で実用化に向けた第一歩を踏み出すことが出来た。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Development of water scintillator for a future large-scale neutrino experiment2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Iida, Yoshiaki Kibe and Yukishige Kondo
    • 雑誌名

      2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC)

      巻: 1 ページ: 1-3

    • DOI

      10.1109/nss/mic42101.2019.9059957

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of 6Li-loaded water-based liquid scintillator for the detection of secondary neutrons in proton therapy2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kibe and Takashi Iida
    • 雑誌名

      2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Proceedings

      巻: 1 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/nssmic.2018.8824721

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Water-based liquid scintillator using fluorochemical surfactant2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Iida, Yoshiaki Kibe, Yukishige Kondo
    • 学会等名
      「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Development of water scintillator for a future large-scale neutrino experiment2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Iida, Yoshiaki Kibe, Yukishige Kondo
    • 学会等名
      2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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