| 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 |
21H00063
|
|---|
| 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) |
2021-04-01 – 2023-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
|
|---|
| 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 / シクロデキストリン / ニュートリノ |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
素粒子の一種であるニュートリノは、反応確率が極めて小さく大型の検出器を必要とする。現在、水を用いたスーパーカミオカンデ実験が存在しているが、ニュートリノ反応によって水の中で出るチェレンコフ光は微弱であり、低エネルギーのニュートリノに対して感度が高くない。そこで本研究では、透明度が高く発光量が大きい「水ベースの液体シンチレータ」開発を行う。これまでに得た知見をもとに、様々な組成を試し、次世代実験につながるブレークスルーを狙う。
|
| 研究実績の概要 |
水をベースとしたシンチレータの開発は、次世代のニュートリノ検出実験や医療応用を目的として広く行われてきた。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、光の透過率を悪化させたと考えられる。
本研究の目的は、フッ素系界面活性剤等の新しい手法を取り入れることで、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の開発を行うことである。
まず初めに、フッ素系界面活性剤を用いて開発を試みた。フッ素系の界面活性剤は炭化水素系に比べ、屈折率が水に近く（水1.33に対し1.35）反射が起きづらいと考えられる。本研究では、AGCセイミケミカル社のサーフロンという界面活性剤を用いて、発光剤を水に溶かすことに成功した。ただし高い透明度を得ることは出来ず、現状では実用レベルには達していないことを確かめた。
次に炭化水素系材料を用いたものを試した。Triton-X 100と呼ばれる非イオン性界面活性剤と、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）と呼ばれる陰イオン性界面活性剤をある濃度で混ぜ合わせることで、水への可溶化が起きやすくなることを明らかにした。そこへプソイドクメン、ジフェニルオキサゾール（PPO）を溶かすことで、発光量1000光子/MeV, 減衰長30cmの水シンチレータの開発に成功した。ニュートリノ実験に必要な透過率は実現できなかったが、用途によっては実用レベルの性能が得られたと考えられる。この結果を元に、今後組成を最適化し、より高い性能の実現を目指す。
さらにシクロデキストリンを用いてPPOを包接することを試みた。実際に包接体を形成できたが、シクロデキストリンとPPOとの包接体は、水に溶解せず沈殿することが判明した。今後、シクロデキストリンの水への溶解性を向上させるため、シクロデキストリンへ親水性基を導入する。
|
| 現在までの達成度 (段落) |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
