マントル地球ニュートリノ観測を目指した海洋底ニュートリノ検出器開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01909
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 渡辺 寛子 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (70633527)
• 研究分担者: 上木 賢太 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 副主任研究員 (40646353) ; 荒木 英一郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(地震津波予測研究開発センター), グループリーダー (60359130) ; 許 正憲 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 深海資源生産技術開発プロジェクトチーム, プロジェクト長代理 (70359123) ; 阿部 なつ江 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 主任研究員 (80302933) ; 笠谷 貴史 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), グループリーダー (90373456)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 地球ニュートリノ / 地球内放射化熱 / 海洋底検出器

研究実績の概要

地球内放射性物質起源の地球ニュートリノは、地球の根本的な謎に関わる地球内放射性物質の全体量を直接観測することができる唯一の手段である。マントル事象直接観測という大型研究への発展を目指す本研究は、ニュートリノ観測・海洋底実験・地球科学的知見と多岐に渡る研究手法を用いるため、素粒子物理学・ 地球科学・海洋工学の異分野に跨る6名の研究者によって進められた。最終年度となる本年度では【1】大型化を見据えたプロトタイプ検出器の開発と海洋底での観測、【2】大型検出器による観測の地球科学的意義の見積もり、の2点を設定した。
【1】については、これまでの検出器各要素の開発結果を組み合わせ、プロトタイプ検出器の設計と製作を行なった。海洋底というこれまでにない観測環境での測定を実現するため、液体シンチレーター密度の温度・圧力依存の測定、検出器の圧力補償機構の開発、光電子増倍管耐圧シールドの選定、安全対策など、さまざまな知見を集結させた。計画していた海洋底での観測は設置場所を利用することができなかったため、実現できなかったものの、研究期間で得られた検出器開発を統合してプロトタイプ検出器を製作した。
【2】について、大型検出器実現に向けたコミュニティの拡充を目指し、国内外の様々な研究分野を扱ったシンポジウムや一般公演を行うと共に、大型検出器による観測で実現できる地球理解の革新について国内外研究者と議論を重ねた。検出器要素を共有する案や、設置場所選定の議論を通じて、大型化検出器の具体化へ向けた計画構築を行なった。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [学会発表] 海洋底ニュートリノ観測による地球深部理解への挑戦 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺寛子
  • 学会等名: 令和4年度 第2回海を拓く現場計測研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Ocean Bottom Detector: frontier of technology for understanding the Mantle by geoneutrinos (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺寛子
  • 学会等名: Frontier of Understanding Earth’s Interior and Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 地球内部熱量を知る新しい目 "海洋底ニュートリノ観測” (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺寛子
  • 学会等名: 第95回海洋技術連絡会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] マントル地球ニュートリノ直接観測に向けた海洋底反ニュートリノ検出器の研 究開発 6: 小型プロトタイプ検出器開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木拓登、井上邦雄、渡辺寛子、酒井汰一、William McDonough、 上木賢太、阿部なつ江、櫻井紀旭、許正憲、荒木英一郎、笠谷貴史、吉田弘
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] Frontiers of sampling the mantle by drilling to the Moho (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部なつ江
  • 学会等名: Frontier of Understanding Earth’s Interior and Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Distributed seafloor sensor network: DONET and beyond (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒木英一郎
  • 学会等名: Workshop, Cutting Edge Technology for Understanding the Earth
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ocean Bottom Detector: frontier of technology for understanding the mantle by geoneutrinos (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺寛子、荒木拓登、井上邦雄、酒井汰一、William McDonough、 上木賢太、阿部なつ江、櫻井紀旭、許正憲、荒木英一郎、笠谷貴史、吉田弘
  • 学会等名: Underwater Technology 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 地球ニュートリノ観測による地球内熱生成量の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺寛子
  • 学会等名: 第24回守田科学研究奨励賞授賞式
  • 招待講演
• [学会発表] Ocean Bottom Detector : new under-development anti-neutrino detector for direct observation of mantle geo-neutrino (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井汰一、渡辺寛子、荒木拓登、井上邦雄、William McDonough、 上木賢太、阿部なつ江、櫻井紀旭、許正憲、荒木英一郎、笠谷貴史、吉田弘
  • 学会等名: Goldschmidt 2022
  • 国際学会