背景事象識別能力を有する高感度シンチレーターによる宇宙暗黒物質探索

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01104
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 池田 晴雄 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 助教 (90400233)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 宇宙暗黒物質 / 極低放射能環境 / 地下実験

研究成果の概要

宇宙暗黒物質は存在が示唆されていながら現在検出されておらず、その実現には環境放射線が極めて少ない環境下で不純物を極限まで排除した検出器を用いて観測を行う必要がある。本研究では宇宙暗黒物質との反応を検出するための超純度NaI(Tl)結晶と環境や検出器構造物からくる環境放射線を区別するためのシンチレーションフィルムを組み合わせたハイブリッド検出器の新規開発を行い、その原理検証を行った。そのためにシンチレーションフィルムの放射線含有量を高感度で観測するための手法を開発した。フィルム厚さの異なるハイブリッド検出器を2種類作成し、その性能を神岡地下実験施設内の鉛シールド内で観測しその性能評価を行った。

自由記述の分野

素粒子実験

研究成果の学術的意義や社会的意義

宇宙暗黒物質観測のための高純度NaI(Tl)結晶とシンチレーションフィルムを組み合わせたハイブリッド検出器の新規開発の結果、炭化水素フィルムに含まれる放射性不純物量のICP-MSを用いて高感度で測定する技術開発に成功した。検出器の性能評価をするのにノイズの影響が大きくその除去が重要であり、検出器を構成する部材の不純物含有量に加えて考慮すべき点があることが判明した。宇宙暗黒物質観測に欠かせない検出器の長期安定性の確認がなされた。