極低放射能技術による宇宙素粒子研究の高感度化

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究
• 研究課題/領域番号: 26104008
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 竹内 康雄 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60272522)
• 研究分担者: 伏見 賢一 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90274191) ; 関谷 洋之 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (90402768) ; 竹田 敦 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (40401286)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 低放射能 / ラドン / NaI / 純水 / バックグラウンド / 地下実験 / 素粒子実験 / 暗黒物質

研究実績の概要

今年度も、1.極微量放射性不純物の測定・除去、2.超高感度放射性物質スクリーニングシステム構築、3.情報発信システムの構築、4.研究会での情報の共有、に取り組んだ。
1.に関して、2016年度に製造したNaI(Tl)結晶について不純物評価を進めた。カリウムについては、125 ppbである事が判明し、2015年度に比べて約1/20に低減された。今年度は、イオン交換樹脂の選定がこの低減に効果的であるかどうかについて確認を進めた。鉛-210については、2300 μBq/kgという高濃度の汚染が見つかったため、今年度、結晶の純化工程を見直し、新たにNaI粉末の純化を行った。大型化に関して、直径150 mm、高さ200 mmに成長させた結晶から、直径・高さ127.0 mmの大型結晶を削り出しにより製作した。
2.に関して、今年度も地下実験室Aで3種類の分析装置の開発と構築を進めた。シンチレータ結晶の内部不純物分析装置については、今年度も試料の分析を進めた。分析した試料は、計画研究A02関連のCaF2結晶・CaF2溶融品、福井大学での研究に関連するGAGG結晶などである。表面α線分析装置は、計画研究B02で開発した低放射能基板のμ―ＰＩＣと、通常品のμ―ＰＩＣとの比較を行い有意な差を確認した。ラドン分析装置については、ハイパーカミオカンデ計画に関連するシート素材の水中ラドン透過率分析を行った。
3.に関して、インターフェースの改良と放射能データベースの試験運用を引き続き行った。蓄積したデータは、2018年3月までに378件となった。
4.に関して、第4回「極低放射能技術」研究会を2018年3月に山形県天童市に於いて開催し、現行の各実験グループおよび実験系の各公募研究に関連する低放射能技術に関する問題や研究の進捗などに関して議論した。今回の参加者は64名であり、このシリーズ最多の参加者となった。

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

今年度は、1.極微量放射性不純物の測定・除去、2.超高感度放射性物質スクリーニングシステム構築、3.情報発信システムの構築、4.研究会での情報の共有、に取り組む計画であった。この目標に対して、各種の要素技術の開発や装置の準備など、おおむね順調に進展していると判断する。
1.について、カリウム不純物に関しては約1/20の低減がなされた。鉛-210不純物については想定外の不純物混入が認められたが、原因は判明し対応も行った。大型NaI(Tl)結晶の製作も行ったが、結晶中に含まれる放射能濃度が高かったため、低バックグラウンド測定には至っていない。
2.について、今年度の計画通り、地下実験サイトにおいて、ラドン分析装置の開発、表面アルファ分析装置の開発、シンチレータ結晶の内部不純物分析装置の開発に取り組んだ。各分析装置の試験運用例も増えてきており、各実験グループに関連した分析にも取り組んみはじめている。特に、水中でのシート状素材のラドン透過性能の分析装置に関しては、おそらく類似の装置の存在しない本研究独自の分析装置であり、ハイパーカミオカンデ計画に関連したシート状素材の水中でのラドン透過性能に関する測定を行った。
3.についての実施計画は、データベース機能の改善と放射能測定データの蓄積であったが、この計画の通りに遂行できた。機能改善としては、今年度は検索機能の強化に取り組んだ。
4.については、計画通り、「極低放射能技術」研究会を主催した。今年度の参加人数は本研究会シリーズで最多となり、活発な議論がなされた。

今後の研究の推進方策

坑内での各種放射能分析装置の構築及び、データベースでの公開に向けて、各種要素技術のさらなる開発と試験分析の例を増やすことに取り組む。NaI(Tl)結晶の更なる高純度化に向けては、2017年度に製作したNaI(Tl)結晶については、製作環境の不備により環境中ラドンが混入したことが原因であることが判明している。2018年度には、ラドン対策を入念に行い、最終的に5 μBq/kgレベルの不純物量のNaI(Tl)結晶の製作を行い、高純度NaI(Tl)検出器による宇宙暗黒物質探索実験の準備を整えることを目標とする。
ラドン分析装置については、キセノン中ラドン分離技術の開発に関しては、2017年度末までに得られた各種の特性試験データについて、2018年度に論文公表する事に取り組む。シート状素材のラドン透過率分析に関しては、装置の感度を高める改善に取り組むと共にＸＭＡＳＳ実験、ハイパーカミオカンデ実験等に関連したシート状素材のラドン透過率の分析をすすめる。
放射能データベースに関しては、2018年度にはインターフェースの改善に引き続き取り組むと共に、一部、一般公開へ切り替える作業にも取り組む。領域内で低放射能技術に焦点をあてた研究会を2018年度末頃に主催し、本新学術領域で得られた、最先端の低放射能技術の総括と共有を行う。

研究成果

• [雑誌論文] 低バックグラウンドのNaI（Tl）による計測?宇宙未知素粒子の探索に向けた高純度化? (2018)
  • 著者名/発表者名: 伏見 賢一
  • 雑誌名: ＲＡＤＩＯＩＳＯＴＯＰＥＳ 巻: 67 ページ: 101～111
  • DOI: 10.3769/radioisotopes.67.101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Search for cosmic dark matter by means of ultra high purity NaI(Tl) scintillator (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Fushimi, D.Chernyak, H.Ejiri, R.Hazama, S.Hirata, H.Ikeda, K.Inoue, K.Imagawa, G.Kanzaki, A.Kozlov, R.Orito, T.Shima, Y.Takemoto, Y.Teraoka, S.Umehara, S.Yoshida
  • 雑誌名: Proceedings of 31st Workshop on Radiation Detector and Their Uses 巻: - ページ: 42～50
  • 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- Candles - (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, T. Iida, Y. Takemoto, K. Matsuoka, V.T.T. Trang, S. Yoshida, W. Wang, W.M. Chan, T. Maeda, T. Ohata, K. Tetsuno, T. Uehara, X. Lee, B. Temuge, K. Akutagawa, K. Kanagawa, S. Katagiri, M. Tsuzuki, N. Yotsunaga, Y. Tamagawa, I. Ogawa, K. Fushimi, R. Hazama, 他14名
  • 雑誌名: PoS INPC2016 巻: 246 ページ: ー
  • DOI: 10.22323/1.281.0246
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Dark Matter Search by means of highly radiopure NaI(Tl) scintillator (2018)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: ISRD2018 : International Symposium on Radiation Detectors and Their Uses
  • 国際学会
• [学会発表] Dark Matter search using NaI(Tl) scintillator （ポスター） (2018)
  • 著者名/発表者名: 平田晶子
  • 学会等名: ISRD2018 : International Symposium on Radiation Detectors and Their Uses
  • 国際学会
• [学会発表] PICO-LONの報告 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] シンチレーター結晶の内部不純物分析装置 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅原さおり
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 表面α分析装置 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤博士
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ラドン分析装置（薄膜透過ラドン分析） (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林兼好
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射能データベースの構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤博士
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 実験シフトの現状と省力化（スーパーカミオカンデ） (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹内康雄
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ICP-MSの測定方法とSK-GdでのICP-MSを用いたU,Thの測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤慎太郎
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ICP-MS for CANDLES/PICO-LON (2018)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] スーパーカミオカンデでの低エネルギー較正試験と太陽ニュートリノ解析の現状（ポスター） (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川誠
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
• [学会発表] ナノ素材によるキセノン中ラドン不純物分離の研究（ポスター） (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡田健
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
• [学会発表] シート状素材の水中ラドン透過率測定装置の開発と応用（ポスター） (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮辺裕樹
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
• [学会発表] NaI(Tl)検出器による宇宙暗黒物質探索（ポスター） (2018)
  • 著者名/発表者名: 平田晶子
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
• [学会発表] 宇宙暗黒物質探索のためのNaI(Tl)シンチレータの中性子応答評価（ポスター） (2018)
  • 著者名/発表者名: 畑和実
  • 学会等名: 第四回「極低放射能技術」研究会
• [学会発表] スーパーカミオカンデ実験における太陽ニュートリノ解析の現状報告 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長谷川誠
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] シート状素材の水中ラドン透過率測定装置の開発と応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮辺裕樹
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] ナノ素材によるキセノン中ラドン不純物分離の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡田健
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] 神岡地下実験で用いられている低放射能部材に関する放射能データベースの開発(3) (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤博士
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] Astrophysical neutrinos at Super-Kamiokande (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeuchi
  • 学会等名: The 26th International Workshop on Weak Interactions and Neutrinos (WIN2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PICO-LON/KamLAND-PICO (2017)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: CRCタウンミーティング
• [学会発表] Solar neutrinos with Super-Kamiokande (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeuchi
  • 学会等名: The 13th Rencontres du Vietnam, Neutrinos
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Hyper-K project (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeuchi
  • 学会等名: The 13th Rencontres du Vietnam, Neutrinos
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NaI(Tl)検出器を用いた宇宙暗黒物質の探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平田晶子
  • 学会等名: 応用物理学会・日本物理学会中四国支部会
  • 招待講演
• [学会発表] The Super-Kamiokande Gadolinium Project (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sekiya
  • 学会等名: TAUP2017-XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Highly radio-pure NaI(Tl) for PICOLON dark matter search experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takemoto
  • 学会等名: TAUP2017-XV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PICO-LON報告：宇宙暗黒物質探索のための５インチ大型高純度NaI(Tl)の測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹本康浩
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] PICO-LON報告 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] スーパーカミオカンデ検出器における太陽ニュートリノ解析の最新結果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長谷川誠
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Solar neutrino measurements at Super-Kamiokande (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeuchi
  • 学会等名: The 4th Asia-Pacific Solar Physics Meeting (APSPM2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Search for periodic modulations of the solar neutrino flux in Super-Kamiokade （ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Hasegawa
  • 学会等名: The 4th Asia-Pacific Solar Physics Meeting (APSPM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 宇宙暗黒物質探索レビュー (2017)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: シンチレーター研究会SMART2017
  • 招待講演
• [学会発表] 地下実験のための放射能分析装置の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤博士
  • 学会等名: 東京大学宇宙線研究所 共同利用研究成果発表会
  • 招待講演
• [学会発表] PICOLON計画 ～超高感度シンチレーターによる宇宙素粒子探索計画～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: CRCタウンミーティング
• [備考] 宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究
  • URL: http://www.lowbg.org/ugnd/