48Ca二重ベータ崩壊精密測定に向けたバックグラウンド事象の新測定技術開発

• 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: 26105512
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 吉田 斉 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60400230)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 低バックグラウンド実験 / キレート樹脂 / カルシウム同位体 / ICP-MS分析 / ベータ崩壊 / 長寿命核 / 陽イオン交換樹脂 / 放射化 / ゲルマニウム検出器

研究実績の概要

本研究は、48Caのニュートリノレス二重ベータ(以下、0νββ)崩壊の研究を進めるうえで重要となる、精密なバックグラウンド評価を行うため、48Caのβ崩壊の崩壊率を測定する事を目的としている。
昨年度行った小規模の実験装置による原理検証実験で、次の問題点が明確になっていた。イオン交換樹脂により、Sc3+イオンだけでなく、崩壊核として存在する大量のCa2+が吸着され、循環流量が減少する。循環流量の減少を避けるためには、Ca濃度を下げる必要があり感度が低下する。この問題点を解決するため、イオン交換樹脂の大容量化を行い流量の増加を行う方法を検討していたが、Sc3+イオンを選択的に吸着する手法がより有効であるという結論に至った。27年度は、キレート樹脂による選択的Sc3+イオン吸着法の開発を行った。
キレート樹脂として、Sc3+吸着に有効なNOBIAS-CHELATE-PA1を使用した。この樹脂は、配位結合の一種であるキレート結合を用いた樹脂のため元素毎の選択性が大きい。
次の手順で測定を行い、選択的吸着法の検証を行った。【1】Sc、Caのみでの吸着率のpH依存性測定、【2】Sc、Caのみでの平衡状態での吸着率の濃度依存性、【3】混合液での平衡状態での吸着率の流速依存性。これらの測定は、これまで使用してきた炎光分析器によるSc,Caの濃度測定からICP-MSによる分析測定に変更し高感度で正確な測定が可能となった。
測定の結果、選択的吸着が可能であることが確かめられ、Scは50ppb以上までは十分に吸着され、Caは14%(CaCl2の溶解限界付近)まで吸着されないことが分かった。溶液500Lに12％のCaイオンを溶解し、6か月間程度の測定を行うことで、1x10^21年の感度に到達できることが検証できた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Low background techniques in CANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, T. Iida, T.Kishimoto, K. Matsuoka, M. Nomachi, S. Umehara, W. M. Chan, H. Kakubata, X. Li, T. Maeda, T. Ohata, B. Temuge, K. Tetsuno, V.T.T. Trang, T. Uehara, S. Yoshida, K. Morishita, I. Ogawa, K. Sakamoto, Y. Tamagawa, M. Yoshizawa, K. Fushimi, R. Hazama, N. Nakatani, and K. Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1672 ページ: 110004-110004
  • DOI: 10.1063/1.4928006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for Neutrino-less Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Umehara他
  • 雑誌名: Physics Procedia,61(2015) 283-288. 巻: 61 ページ: 238-288
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2014.12.046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for neutrino-less double beta decay of 48Ca (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Umehara,T.Kishimoto,M.Nomachi,S.Ajimura,N.Nakatani,K.Matsuoka,K.Ichimura,M.Saka,T.Ishikawa,D.Tanaka,M.Tanaka,S.Yoshida,K.Suzuki,G.Ito,H.Kakubata,W.Wang,J.Takemoto,W.M.Chan,M.Doihara,Y.Tamagawa,I.Ogawa,T.Ueno,S.Maeda,A.Yamamoto,S.Tomita,G.Fujita,A.Kawamura,T.Harada,K.Fushimi,R.Hazama,H.Ohsumi,K.Okada
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 66 ページ: 08008-08008
  • DOI: 10.1051/epjconf/20146608008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Development of CANDLES detector to search for neutrinoless double beta decay of 48Ca (2017)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: Vienna Conference on Instrumentation (VCI2016)
  • 発表場所: ウィーン, オーストリア
  • 年月日: 2017-02-15
  • 国際学会
• [学会発表] Development of new measurement technique of 48Ca beta decay background for the study of 48Ca double beta decay (2014)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会2014
  • 発表場所: 山梨県富士吉田市
  • 年月日: 2014-12-21 – 2014-12-23
• [学会発表] CANDLES project for the study of neutrino-less double beta decay of 48Ca (2014)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: International Workshop on Double Beta Decay and Underground Science (DBD14)
  • 発表場所: Hawaii, the United States
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-07
  • 招待講演
• [備考] CANDLES
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/~candles/index.html