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InPダイオードと液体キセノンを用いた低エネルギー太陽ニュートリノ検出器の開発

公募研究

研究領域フレーバー物理の新展開
研究課題/領域番号 22011001
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関宮城教育大学

研究代表者

福田 善之  宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40272520)

研究分担者 森山 茂栄  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (50313044)
研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2011年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2010年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワードニュートリノ / 素粒子実験 / ニュートリノ振動 / 太陽ニュートリノ / 半導体検出器 / 液体キセノン
研究概要

1MeV以下の太陽ニュートリノの観測を目的として、^<115>Inのニュートリノ捕獲を用いたInP半導体検出器を開発した。半絶縁性InP半導体基板を用いて、薄膜電極化Au(100A)/Cr(100A)のInP検出器を製作に成功した。しかし、通常のガンマ線事象は観測可能であったが、5MeVα線によるCsIシンチレーション光の信号による電荷量は0.05fC予想され、ノイズに隠れて観測できなかった。薄膜電極でもシンチレーション光の電極での減衰が50%以下になることが原因と考えられた。そこで、薄膜電極の厚みを50Aの検出器を開発した。さらに、暗電流によるノイズの低減化を図るために、Vertical Bridge法により結晶成長させたInP基板を使用した。その結果、比抵抗が従来の4.5×10^7Ωmから6.3×10^7Ωmに改善し、ノイズレベルが60%程度に減少した。また、CaIシンチレーション光を集光するため、InP検出器の周りにミラーを導入した。その結果、予想電荷量が0.8fCとなり、十分可能な状況となった。一方、液体キセノンのシンチレーション観測実験のための小型チェンバーを作成したが、液体窒素による冷却が十分ではなかった。そこで、冷却部分の接着や熱伝導を効率化させるために振動抑制の装置を外すなどの改良を行った。その結果、冷却時間が2時間程度必要であるが、内部チェンバーの温度が-100度を下回ることが確認できた。従って、キセノンガスの液化が可能となり、薄膜電極InP検出器を導入する予定であった。ところが、50AのInP検出器でもCsIシンチレーション光を観測できなかった。これは、InP半導体の量子効率を当初0.8と仮定していたのが、実際には0.1以下であったことによるものであった。従って、液体キセノンのシンチレーションは観測できないことが判明した。しかし、新たにEPDが0の半絶縁性InP基板による検出器を開発に成功し、大型化の実現に向けて可能性が得られた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初予定していたInP半導体によるシンチレーション光の観測において、InP半導体の量子効率が当初の予想よりも小さい値であったことから、観測が困難となったため。

今後の研究の推進方策

InP半導体によるシンチレーション光の観測は困難となったが、EPDが0である画期的な半絶縁性InP基板を得ることができ、これまで問題であった検出器の大型化が実現できることがわかった。したがって、低エネルギー太陽ニュートリノ観測装置の設計を変更し、液体キセノンのシンチレーション光はXMASS実験で使用しているものと同様の光電子増倍管で観測することとし、InP検出器はニュートリノ反応による電子のエネルギーを観測することにすることで実現化できると考えられる。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Development of InP solid state detector and liquid scintillator containing metal complex for measurement of pp/^7Be solar neutrinos and neutrinoless double beta decay2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Fukuda
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 375 ページ: 42054-42054

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of InP solid state detector and liquid scintillator containing indium complexes for a measurement of pp/^7Be solar neutrinos2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Fukuda
    • 雑誌名

      Nuclear Physics B - Proceedings Supplements

      巻: 229 ページ: 513-513

    • DOI

      10.1016/j.nuclphysbps.2012.09.150

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] InP solid state detector for measurement of low energy solar neutrinos2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuda, T.Izawa, Y.Koshio, S.Moriyama, T.Namba, M.Shiozawa
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A

      巻: 623 ページ: 460-462

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of InP solid state detector and liquid scintillator containing indium complexes for a measurement of pp/7Be solar neutrinos

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuda
    • 雑誌名

      Nuclear Physics B-Proceedings Supplements

      巻: (accepted)(未定)

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] インジウムを用いた太陽ニュートリノ半導体検出器の開発XIV2012

    • 著者名/発表者名
      福田善之
    • 学会等名
      日本物理学会 第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学 (大阪府)
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] インジウムを用いた太陽ニュートリノ半導体検出器の開発XIII2011

    • 著者名/発表者名
      福田善之
    • 学会等名
      日本物理学会 2011年秋季大会
    • 発表場所
      弘前大学文京町キャンパス(青森県)
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Development of InP solid state detector and liquid scintillator containing metal complex for measurement of pp/^7Be solar neutrinos and neutrinoless double beta decay2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Fukuda
    • 学会等名
      12th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2011-09-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Development of InP solid state detector and liquid scintillator containing indium complexes for measurement of pp/7Be solar neutrinos and Neutrinoless double beta decay2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuda, T.Izawa, S.Moriyama, T.Namba, A.Obata, H.Sekiya, K.Watanabe
    • 学会等名
      11th International Workshop on Next generation Nucleon Decay and Neutrino Detectors
    • 発表場所
      富山国際会議場
    • 年月日
      2010-12-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Development of InP solid state detector and liquid scintillator containing indium complexes for a measurement of pp/7Be solar neutrinos2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuda, T.Beni, T.Izawa, K.Kasai, S.Moriyama, T.Namba, A.Obata, H.Sekiya, K.Watanabe
    • 学会等名
      The XXIV International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics
    • 発表場所
      アテネ(ギリシャ)
    • 年月日
      2010-06-18
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://masamune.miyakyo-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://masamune.miyakyo-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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