４８Ｃａの２重ベータ崩壊の研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24224007
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 岸本 忠史 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (90134808)
• 研究分担者: 小澤 正基 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (80421527)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 二重ベータ崩壊 / カルシウム / 低バックグラウンド

研究実績の概要

現在の物質優勢の宇宙を説明するにはCP対称性の破れに加えて粒子数の保存則の破れが必要である。現時点で最有力と考えられている説明は、レプトン数保存則の破れが起こるというレプトジェネシスシナリオである。ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の研究は、レプトン数保存則の破れに対応するニュートリノのマヨラナ粒子性を検証するものである。
本研究では、CaF2を用いたCANDLES IIIシステムを使用して48Caの二重ベータ崩壊の観測を行う。結果として、48Ca二重ベータ崩壊の世界最高感度の結果を得る。さらに測定を高感度化するため、濃縮技術開発をすすめ、CANDLES IIIシステムを冷却することでエネルギー分解能を向上させる。そのために、本年度は、下記の項目を行った。
１、二重ベータ崩壊測定：CANDLESシステムの改造
CANDLES IIIシステムにおけるバックグラウンド事象として、中性子捕獲（システム周辺物質に含まれる鉄・ニッケル等による）から放出されるγ線が候補としてあげられる。そのため、CANDLES IIIシステムにガンマ線遮蔽システムとして鉛遮蔽体を導入した。効果的にガンマ線を遮蔽するために、検出器タンクの上部および低部にも鉛遮蔽体を導入した。この下部鉛遮蔽体は、CANDLES IIIシステム内の純水内に設置されるため、鉛が溶け出さないように、鉛上部をシールした。このことにより、鉛溶け出し量を微量に抑えることに成功した。また、CaF2の信号を用いた波形弁別能力を上げるために、高性能光電子増倍管を導入した。
２、48Ca濃縮：大量生産システム構築に向けたシステム設計
低濃度48Ca濃縮のためには、クラウンエーテル樹脂を用いた泳動濃縮の手法をとる。よりコストパフォーマンスよく濃縮を行うため、特殊樹脂担体ではなく、市販品で濃縮効果の高い担体を見つけ出すことに成功した。

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

CANDLESシステムの高感度化のための改造が多少遅れてしまったが、一方、同位体濃縮については、クラウンエーテル樹脂での濃縮手法の確立の他、さらに高効率の濃縮法：電気泳動法の開発もすすんでいる。そのため、研究全体としては、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

次年度は、冷却システム、および、遮蔽システムを導入した、CANDLES IIIシステムを用いて、長期安定測定を行う。また、冷却システム、および、遮蔽システムの性能評価を行う。
１、長期安定測定
用いるCANDLES IIIシステムは、フッ化カルシウムシンチレータが主検出器である。その長期安定測定とは、フッ化カルシウム検出器のゲイン安定測定およびその補正が必要である。そのために、定期的なエネルギー較正による評価が必要である。本研究では、2か月に1度のエネルギー較正を、88Y線源(放射γ線エネルギーは、0.9MeV、1.8MeV)を用いて行う。また、さらに高いエネルギー領域の較正は、24Naを用いる。そのために、NaI(Tl)シンチレータも新たに導入する。
２、冷却システム、および、遮蔽システムの性能評価
フッ化カルシウムは、低温環境に置くことで発光量が増加する。これは、フッ化カルシウム検出器のエネルギー分解能の向上を実現する。前述の長期安定測定で記載したエネルギー較正を行うことで、エネルギー分解能の評価を行う。また、中性子線源をCANDLES IIIシステムの外側に置いた測定を行うことで、遮蔽システムの、中性子・γ線遮蔽能力を評価する。また、冷却システムによって向上が期待される、フッ化カルシウムの波形弁別能についても合わせて評価する。この結果をもとに、さらにCANDLES IIIシステムを大型化し、測定感度を向上させた時のバックグラウンド量の見積もりも行う。
得られたデータを用いて、48Caのニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の半減期測定を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Chromatographic Separation of Calcium Isotopes using Benzo-18-Crown-6-Ether Resin and Acetic Acid Solution (2016)
  • 著者名/発表者名: Umehara S., Okumura S., Kishimoto T., Fujii Y., Nomura M., Kaneshiki T.and Ozawa M.
  • 雑誌名: Austin Chromatography 巻: 3(1) ページ: 1040:1-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Separation of calcium-48 isotope by crown ether chromatography using ethanol/hydrochloric acid mixed solvent (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Okumura, S. Umehara, Y. Fujii, M. Nomura, T. Kaneshiki, M. Ozawa, T. Kishimoto
  • 雑誌名: Journal of Chromatography A 巻: 1415 ページ: 67-72
  • DOI: 10.1016/j.chroma.2015.08.057
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A basic study on the production of enriched isotope 48Ca by using crown-ether resin (2015)
  • 著者名/発表者名: Umehara, S., Kishimoto, T., Kakubata, H., Nomura, M., Kaneshiki, T., Suzuki, T., Fujii, Y., Nemoto, S..
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 053C03 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv063
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New DAQ System for the CANDLES Experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ichimura, T. Iida, Y.Inukai,H.Kakubata,T.Kishimoto, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Science, IEEE Transactions 巻: 62(3) ページ: 1122-1127
  • DOI: 10.1109/TNS.2015.2423673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The CANDLES Trigger System for the Study of Double Beta Decay of 48Ca (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Maeda, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ic himura, T. Iida, Y. Inukai, T. Ishikawa, H. Kakubata, T. Kishimoto, K., et al.
  • 雑誌名: Nuclear Science, IEEE Transactions 巻: 62(3) ページ: 1128-1134
  • DOI: 10.1109/TNS.2015.2423275
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium isotope enrichment by means of multi-channel counter-current electrophoresis (MCCCE) for the study of particle and nuclear physics (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kishimoto, K. Matsuoka, T. Fukumoto and S. Umehara
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 033D03 ページ: 1-10
  • DOI: 0.1093/ptep/ptv020
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low background techniques in CANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, T. Iida, T. Kishimoto, K. Matsuoka, M. Nomachi, S. Umehara, W. M. Chan, H. Kakubata, X. Li, T. Maeda, T. Ohata, B. Temuge, K. Tetsuno, V. T. T. Trang, T. Uehara, S. Yoshida, K. Morishita, I. Ogawa, K. Sakamoto, Y. Tamagawa, M. Yoshizawa, K. Fushimi, R. Hazama, N. Naktani and K. Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1672 ページ: 110004：
  • DOI: 10.1063/1.4928006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for Neutrino-less Double Beta Decay with CANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, T. Iida, K. Nakajima, K. Ichimura, K. Matsuoka, M. Saka, T. Ishikawa, D. Tanaka, M. Tanaka, T. Maeda, S. Yoshida, K. Suzuki, G. Ito, H. Kakubata, W. Wang, V.T.T. Trang, W.M. Chan, J. Takemoto, M. Doihara, T. Ohata, K. Tetsuno, Y. Tamagawa, I. Ogawa, et al.
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: 61 ページ: 283-288
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2014.12.046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(107) -遮蔽後の観測状況- (2016)
  • 著者名/発表者名: 梅原 さおり
  • 学会等名: 物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 宮城県仙台市
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(106) (2016)
  • 著者名/発表者名: 飯田 崇史
  • 学会等名: 物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 宮城県仙台市
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Parallel data readout using SpaceWire for CANDLES experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: Bui Tuan Khai
  • 学会等名: 物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 宮城県仙台市
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] microTCA規格500MHzAMC-FADCのCANDLES実験への導入 (2016)
  • 著者名/発表者名: 都築将仁
  • 学会等名: 物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 宮城県仙台市
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] CANDLESの中性子バックグラウンド (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島恭平
  • 学会等名: 「極低放射能技術」研究会
  • 発表場所: 徳島大学 徳島県
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] 二重ベータ崩壊実験用Ca同位体のレーザー濃縮 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仁木秀明
  • 学会等名: 「極低放射能技術」研究会
  • 発表場所: 徳島大学 徳島県徳島市
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] CANDLESの報告 (2016)
  • 著者名/発表者名: 飯田崇史
  • 学会等名: 「極低放射能技術」研究会
  • 発表場所: 徳島大学 徳島県徳島市
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] CANDLES実験における結晶内部バックグラウンドの研究(poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: 太畑貴綺
  • 学会等名: 「極低放射能技術」研究会
  • 発表場所: 徳島大学 徳島県徳島市
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] CANDLES実験における液体シンチレータのエネルギー較正(poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: 片桐誠也
  • 学会等名: 「極低放射能技術」研究会
  • 発表場所: 徳島大学 徳島県徳島市
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] Search for Neutrino-less Double Beta Decay of 48Ca by CANDLES & Isomer Decay of 180mTa by HPGe Detector(poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Chan Wei Min
  • 学会等名: Hope Meeting
  • 発表場所: つくば国際会議場, 茨城県つくば市 Japan
  • 年月日: 2016-03-07 – 2016-03-11
  • 国際学会
• [学会発表] CANDLES実験における結晶内部バックグラウンドの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太畑貴綺
  • 学会等名: 22nd ICEPP Symposium東京大学素粒子物理国際研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 白馬村岳美山荘 長野県北安曇郡白馬村
  • 年月日: 2016-02-28 – 2016-03-02
• [学会発表] CANDLESにおける内部バックグラウンドの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太畑貴綺
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」第一回A班主催若手研究会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪府豊中市
  • 年月日: 2016-02-23 – 2016-02-24
• [学会発表] Development of new calibration method using 24Na source for CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: Van Thi Thu Trang
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」第一回A班主催若手研究会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪府豊中市
  • 年月日: 2016-02-23 – 2016-02-24
• [学会発表] Alpha Event Analysis of CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: Chan Wei Min
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」第一回A班主催若手研究会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪府豊中市
  • 年月日: 2016-02-23 – 2016-02-24
• [学会発表] CANDLES実験の概要 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太畑貴綺
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」第一回A班主催若手研究会
  • 発表場所: 大阪大学 大阪府豊中市
  • 年月日: 2016-02-23 – 2016-02-24
• [学会発表] Development of CANDLES detector to search for neutrinoless double beta decay of 48Ca(poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Sei Yoshida
  • 学会等名: VCI2016
  • 発表場所: the Vienna University of Technolog, Austriay
  • 年月日: 2016-02-15 – 2016-02-19
• [学会発表] 二重β崩壊観測実験のための48Caのレーザー同位体濃縮II (2016)
  • 著者名/発表者名: 森下 剣
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第36回年次大会
  • 発表場所: 名城大学 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] Recent Study on Ca Isotope Separation by Crown-Ether Resin Chromatography (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Fujii
  • 学会等名: ASNFC2015
  • 発表場所: Tokyo Institute of Technology, Tokyo Japan
  • 年月日: 2015-12-02 – 2015-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a new 48Ca enrichment method and the CANDLES experiment for the study of 48Ca double beta decay (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Kishimoto
  • 学会等名: APS-DNP15
  • 発表場所: Convention Center in downtown Santa Fe, USA
  • 年月日: 2015-10-28 – 2015-10-31
• [学会発表] クラウンエーテル樹脂を用いる二重β核種Ca-48の濃縮研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤井靖彦
  • 学会等名: 2015年日本イオン交換学会
  • 発表場所: 金沢工業大学 石川県野々市市
  • 年月日: 2015-10-23 – 2015-10-24
• [学会発表] 各種シリカ担体を用いて合成したクラウンエーテル樹脂によるCa イオンの吸着と同位体分離 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥村森
  • 学会等名: 2015年日本イオン交換学会
  • 発表場所: 金沢工業大学 石川県野々市市
  • 年月日: 2015-10-23 – 2015-10-24
• [学会発表] CANDLES実験のためのTrigger・DAQシステムの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前田剛
  • 学会等名: Open-It 若手研究会 2015
  • 発表場所: グランパス inn 白浜, 和歌山県西牟婁郡白浜町
  • 年月日: 2015-10-08 – 2015-10-10
• [学会発表] 48Ca の新濃縮法の開発とCANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: 岸本 忠史
  • 学会等名: 物理学会秋季大会2015
  • 発表場所: 大阪市立大学 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] レーザーの輻射圧を用いた48Caの濃縮に関する研究II (2015)
  • 著者名/発表者名: 森下 剣
  • 学会等名: 物理学会秋季大会2015
  • 発表場所: 大阪市立大学 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(105) --バックグラウンド評価-- (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅原 さおり
  • 学会等名: 物理学会秋季大会2015
  • 発表場所: 大阪市立大学 大阪大阪市
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [学会発表] Study of neutrino-less double beta decay by CANDLES (104) Development of new calibration method using 24Na source (2015)
  • 著者名/発表者名: Van Thi Thu Trang
  • 学会等名: 物理学会秋季大会2015
  • 発表場所: 大阪市立大学 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(103) 新しい波形弁別法によるバックグラウンド除去 (2015)
  • 著者名/発表者名: 太畑 貴綺
  • 学会等名: 物理学会秋季大会2015
  • 発表場所: 大阪市立大学 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [学会発表] CANDLESによる二重ベータ崩壊の研究(102) CANDLES実験の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田 斉
  • 学会等名: 物理学会秋季大会2015
  • 発表場所: 大阪市立大学 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-28
• [学会発表] クラウンエーテル樹脂塔を用いるCa同位体分離における展開速度の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤井靖彦
  • 学会等名: 日本原子力学会2015年秋の大会
  • 発表場所: 静岡大学 静岡県静岡市
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] シリカ担持型ベンゾクラウンエーテル樹脂による有機溶媒・有機溶媒水溶液混合系におけるカルシウムの吸着と同位体分離 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥村 森
  • 学会等名: 日本原子力学会2015年秋の大会
  • 発表場所: 静岡大学 静岡県静岡市
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] Status and future prospect of 48Ca double beta decay search in CANDLES (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida
  • 学会等名: TAUP2015
  • 発表場所: Centro Congressi Unione Industriale Torino, Italy
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-11
• [学会発表] Chromatographic Separation of 48Ca by Using Crown Ether Resin (2015)
  • 著者名/発表者名: Saori Umehara
  • 学会等名: SPLG2015
  • 発表場所: Convention Center in the City of Bariloche, Argentina
  • 年月日: 2015-06-07 – 2015-06-11
  • 国際学会
• [学会発表] Calcium isotope enrichment by means of multi-channel counter- current electrophoresis (MCCCE) for the study of 48CA double beta decay (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Kishmoto
  • 学会等名: SPLG2015
  • 発表場所: Convention Center in the City of Bariloche, Argentina
  • 年月日: 2015-06-07 – 2015-06-11
  • 国際学会
• [学会発表] Background study by improving Pulse Shape Discrimination in CANDLES(poster) (2015)
  • 著者名/発表者名: 太畑 貴綺
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館 六甲ホール 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-17
• [学会発表] Alpha Event Analysis of CANDLES(poster) (2015)
  • 著者名/発表者名: Chan Wei Min
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館 六甲ホール 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-17
• [学会発表] Performance Evaluation of the CANDLES Detector(poster) (2015)
  • 著者名/発表者名: 李 暁龍
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館 六甲ホール 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-17
• [学会発表] 二重ベータ崩壊実験用Ca同位体のレーザー濃縮(poster) (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺西 叶
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館 六甲ホール 兵庫県
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-17
• [学会発表] 二重ベータ崩壊実験用Ca同位体のレーザー濃縮 (2015)
  • 著者名/発表者名: 仁木秀明
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館 六甲ホール 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-17
• [学会発表] CANDLES の現状と将来計画 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岸本 忠史
  • 学会等名: 新学術研究「地下素核研究」2015年領域研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館 六甲ホール 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-17
• [学会発表] Enrichment of 48Ca by Multi-Channel Counter-Current Electrophoresis (MC-CCE) for the study of Particle and Nuclear Physics (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Kishimoto
  • 学会等名: EMIS2015
  • 発表場所: Michigan State University USA
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [備考] CANDLES
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/candles/index.html?Lang=JP
• [備考] 大阪大学大学院理学研究科 岸本研究室
  • URL: http://wwwkm.phys.sci.osaka-u.ac.jp/index-j.html
• [産業財産権] 国際出願 (2015)
  • 発明者名: 岸本 忠史
  • 権利者名: 岸本 忠史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2015/077677
  • 出願年月日: 2015-09-30
  • 外国