| 研究課題/領域番号 |
18H01222
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
飯田 崇史 筑波大学, 数理物質系, 助教 (40722905)
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| 研究分担者 |
小川 泉 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (20294142)
吉野 将生 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30789938)
鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 無機シンチレータ / 暗黒物質 / 二重ベータ崩壊 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、発光量の大きいヨウ化カルシウム（CaI2）結晶シンチレータを開発し、暗黒物質や二重ベータ崩壊探索実験に応用することである。宇宙の歴史を理解する上で欠かせないこれらの実験の高感度化には、一般的に「低閾値・高分解能、 大型化、 低バックグラウンド（ＢＧ）」の3本柱が重要となる。申請者は先行研究においてCaI2 結晶作成に成功し、NaI(Tl)の2.7倍という大発光量を得て、低閾値・高分解能が達成可能なことを示している。本研究では3年間で残る低ＢＧと大型化に道筋をつける。
CaI2は融点と沸点が近く結晶育成中に材料が蒸発してしまうため、るつぼの両端を封じ切った特殊な育成法を必要とする。初年度はクライオポンプ式CaI2専用炉の構築を、分担の鎌田を中心に試みた。石英管内に原料投入後、高真空条件でベーキングの後高純度Arガスを導入し、ガスバーナーによりガラス管の封じ切りが可能な、封じ切り専用の炉を東北大学金属材料研究所に立ち上げた。
また、CaI2は劈開性ゆえに結晶の加工や大型化が難しいことが分かっている。そこで、ヨウ素（Ｉ）の一部を臭素（Br）で置き換えた、CaBr_2-x,I_x固溶体を作成し発光量を調べた。その結果、ヨウ素の割合が大きいほど発光量が大きいが、臭素の割合が大きいほど劈開性が弱く加工しやすくなることを突き止めた。さらに臭素を入れた場合、Euを２％添加することで発光量が増すことも分かった。
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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
当初の計画通りCaI2専用炉を立ち上げることができ、それを用いた結晶育成速度の向上が達成できた。その結果、短いスパンで違う組成の結晶作成が可能となり、様々な組成での発光特性や加工性を詳細に調べることに成功した。今後、結晶の大型化や加工技術の確立に至る道筋が立てられ、計画は順調に進んでいるということが出来る。
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| 今後の研究の推進方策 |
ヨウ素と臭素を1対1にして、Euを２％程度添加したEu:CaBrIが、加工性にも優れ75000 ph/MeVと有望であることが分かった。金属材料研究所では、今後、CaBrI結晶に絞って大型化と加工を進めていくことにしている。一方で、CaI2結晶は加工が困難であるものの、発光特性として他を凌駕する性能を持つため、結晶加工技術に優れた大阪の業者と共同で、開発を推進していくことにした。また、今年度はCaI2とCaBrIの粒子波形識別能を詳細に調査し、論文としてまとめる予定である。
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