| 研究領域 | 地下から解き明かす宇宙の歴史と物質の進化 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05807
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768)
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| 研究分担者 |
高久 雄一 筑波大学, 数理物質系, 研究員 (40715497)
伊藤 慎太郎 岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(PD) (40780549)
竹内 康雄 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60272522)
鈴木 良一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 首席研究員 (80357300)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| キーワード | 宇宙史 / 超新星爆発 / ニュートリノ / 星形成 / 低放射能技術 |
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| 研究実績の概要 |
本計画研究では過去の宇宙の進化の中で起こった超新星爆発によって生成され、現在の宇宙に蓄積されている「超新星背景ニュートリノ」を直接観測することで現在の宇宙の姿や生命の起源について根源的な問いにアプローチする。超新星背景ニュートリノ検出を制限しているバックグラウンドを削減するためには、スーパーカミオカンデ(SK)検出器にガドリニウム(Gd)を導入することで中性子捕獲事象を同定することが有効である。本年度は昨年度までに開発した低放射性不純物の硫酸ガドリニウム8水和物を13トン溶解・導入し、実際に中性子捕獲事象の効率向上を確認した。Gd導入後は宇宙線による原子核破砕中性子やAm/Be中性子線源を用いた中性子捕獲性能、およびGd濃度の検証を行い、検出器全体でGd濃度が一様に0.01%になっていることを確認し、SK-Gdの動作検証を行った。ガドリニウム水純化装置により、水の透過率がガドリニウム導入後も純水時と変わらず保てていることを確認した。そして水純化装置に放射線不純物を低減させるためのカチオン交換樹脂を導入し、硫酸ガドリニウム中に含まれるラジウム低減を確認した。また、水中のラドン測定のため硫酸ガドリニウム水溶液対応を行った検出器を開発を行い、さらなるRn除去のための中空糸モジュールの開発もメーカーと共同で行った。較正用電子加速器開発では、フォトカード電子銃および、クライストロンの半導体スイッチによるドライブ回路が完成した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実際に硫酸ガドリニウムど導入し、中性子検出効率を約50%を達成したのはスーパーカミオカンデにとって大きなマイルストーンである。さらなる硫酸ガドリニウム導入のための高純度硫酸ガドリニウムの評価のうち、ICP-MS測定がコロナの影響で一部遅れてしまったが、Ge検出器による評価はイギリス、スペインの共同研究者と行い、予定通り実施でき、今後の硫酸ガドリニウム調達の目途が立った。ガドリニウム導入前の超新星背景ニュートリノ探索解析も順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
現状0.01%のGd濃度を2022年度に3倍の0.03%まで増強し、中性子同定効率を約75%まで高めた超新星背景ニュートリノの観測を研究計画調書よりも早く開始することを目指す。当初段階的に0.015%,0.02%とGd濃度を上昇させ、最終的に0.03%へ増強する計画であった。しかしGd導入のためには海外からコラボレーターをシフトとして集めることを想定していたので、コロナ禍の現在、これを国内メンバーだけで行う必要が生じている。そこで2022年の春頃、緊急事態宣言等が解除されている期間に集中して実施することを計画している。6トンの硫酸ガドリニウムの製造プロセスに関してはすでに検討して、放射性不純物、特に232Thや228Ra,226Raの除去を行い安定な品質を保つ手法を確立できたと考えているが、納品された製品の評価はこれまで同様、すべての製造ロットで行う必要がある。そこで1ロットの製造量をこれまでの500kgから1トンへ増量して、検査しなければいけない回数を、最初の導入時と同じ26回にすることでスクリーニングの効率化を図る。
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