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中性子は最も単純な原子核の一つであり、およそ900秒で陽子、電子、反ニュートリノに崩壊する。その寿命は素粒子標準理論およびビッグバン元素合成理論の精密検証において不可欠なパラメータのうちの一つであるが、測定手法により8.7±2.2秒と大きく乖離しており、当該分野において深刻な問題となっている。申請者は茨城県東海村の陽子加速器施設J-PARCの大強度中性子ビームを用いて、既存の手法とは異なる測定方法により中性子寿命を世界最高精度で決定する新しい実験を提案している。本実験では新型ガス検出器とソレノイド磁場を組み合わせることにより、従来最も支配的であった背景事象を大幅に低減することが可能となる。
本年度は、宇宙線背景事象を排除するための宇宙線カウンターの開発を行なった。宇宙線カウンターはプラスチックシンチレーターと光半導体検出器から構成される。まず、九州大学にて宇宙線カウンターの量産を行い、性能評価を行なった。その後、作製した宇宙線カウンターをJ-PARCに輸送し、ガス検出器の周囲に設置した。宇宙線事象を用いてデータ収集を行い、所期の性能を達成していることを確認した。また、光半導体検出器はプラスチックシンチレーターの両端に設置しているため、両端の信号の時間差より宇宙線の通過位置を算出できる。これを利用してガス検出器の検出効率を評価する手法を考案し、原理実証を行なった。
入射中性子がガス検出器中の動作ガスにより散乱され、検出器部材との吸収反応により発生するガンマ線背景事象を抑制する必要がある。そのため、ガンマ線発生確率が著しく低い6フッ化リチウムで検出器内部を覆うことを検討している。本年度は6フッ化リチウム壁の詳細設計および設置方法の検討を行なった。
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