ＫａｍＬＡＮＤ－ＰＩＣＯによる宇宙暗黒物質探索

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24340055
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 伏見 賢一 徳島大学, 大学院ソシオ・アーツ・アンド・サイエンス研究部, 准教授 (90274191)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 宇宙暗黒物質探索 / 結晶の高純度化

研究概要

平成24年度までにタリウム活性化ヨウ化ナトリウム（NaI(Tl)）結晶に含まれる不純物の混入経路が明らかになった。そこで、購入時に既に含まれている不純物の除去と、結晶化における混入を防ぐ対策を講じた。購入時に含まれている不純物はイオン交換樹脂に吸着させて除去し、結晶化における混入を防ぐために周辺環境および素材を厳選した。結晶の高純度化は平成25年6月、結晶化は7月に行った。完成したNaI(Tl)結晶を直径3インチ高さ3インチの円筒形に削りだし、放射線検出器として完成させた。
放射性不純物の濃度は結晶内部に含まれるアルファ崩壊核種の放射能測定により決定した。測定は9月～11月にかけて行い、26日分の有効なデータをもとに放射能を計算した結果、ウラン系列について5.4±0.9 ppt、トリウム系列について3.3±2.0 pptを達成した。また、210-Pbについては58±28 μBq/kgという低い値を達成した。

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

NaI(Tl)結晶の高純度化が最大の課題であったが、全ての不純物について経路と除去方法を確定することができた。平成25年度の結果ではラジウムによる汚染が残存したので、平成26年2月からラジウムを除去する結晶成長方法を実施している。

今後の研究の推進方策

平成26年度においてNaI(Tl)結晶の高純度化を済ませ、次に周辺素材の選定を行う。秋までに周辺素材を確定して地上において低バックグラウンド測定を行い、エネルギー閾値と計数率を求める。その結果により最終年度までにKamLANDにインストールするための準備を検討する。

次年度の研究費の使用計画

NaI(Tl)粉末の処理に係る費用を平成26年度に持ち越すことに決定したため。ラジウムを除去するための樹脂の選定に時間がかかり、平成25年度中に実行できなかったため。
平成26年4月中旬の時点ではすでに処理方法について決定している。予算残額は結晶材料の処理に使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Search for neutrino-less double beta decay by CANDLES (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Yoshida, S. Ajimura, K. Suzuki, K. Ichimura, K. Matsuoka, N. Nakatani, G. Ito, H. Kakubata, M. Saka, W. Wang, J. Takemoto, W. Chan, M. Doihara, Y. Tamagawa, Masami Ogawa, S. Ueno, S. Maeda, A. Yamamoto, S. Tomita, Ken-Ichi Fushimi, Ryuta Hazama他５名
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1553 ページ: 115
• [雑誌論文] 速報 ヒッグス粒子の発見について ~2013年ノーベル物理学賞~ (2013)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 雑誌名: 天文教育 巻: 25, No6 ページ: 2-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] PICO-LON Dark Matter Search (2013)
  • 著者名/発表者名: Ken-Ichi Fushimi, Shintaro Nakayama, Reiko Orito, R. Sugawara, Y. Awatani, Hiroyasu Ejiri, Ryuta Hazama, T. Shima, K. Inoue, A. Ikeda and A. Kozlov
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 469 ページ: 012011
  • DOI: 10.1088/1742-6596/469/1/012011
  • 査読あり
• [学会発表] PICO-LONによる宇宙暗黒物質探索~NaI(Tl)結晶の高純度化～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一、菅原隆希、粟谷悠人、折戸玲子、江尻宏泰、嶋達志、高久圭二、梅原さおり、硲隆太、井上邦雄、池田晴雄、A.Kozlov、今川恭四郎、保田賢輔
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 20140329-20140329
• [学会発表] Lumilass-Bの波長変換素子への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一、能町正治、岸本忠史、梅原さおり、吉田斉
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術後援会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県相模原市）
  • 年月日: 20140319-20140319
• [学会発表] KamLAND-PICO計画 ～世界一のNaI(Tl)検出器で宇宙暗黒物質～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一, 菅原隆希, 粟谷悠人, 江尻宏泰, 硲隆太, 池田晴雄, 今川恭四郎, 井上邦雄,A.Kozlov, 中山信太郎, 折戸玲子, 嶋達志, 梅原さおり, 保田賢輔
  • 学会等名: 研究会「放射線検出器とその応用」 (第28回)
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20140129-20140129
• [学会発表] 二枚積層薄型NaI(Tl)検出器の性能評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅原隆希, 伏見賢一, 粟谷悠人, 江尻宏泰, 硲隆太, 池田晴雄, 今川恭四郎, 井上邦雄,A.Kozlov, 中山信太郎, 折戸玲子, 嶋達志, 梅原さおり, 保田賢輔
  • 学会等名: 研究会「放射線検出器とその応用」 (第28回)
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県つくば市）
  • 年月日: 20140129-20140129
• [学会発表] PICO-LONによる宇宙暗黒物質探索～NaI(Tl)の純度測定経過と将来計画～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一、菅原隆希、粟谷悠人、折戸玲子、中山信太郎、江尻宏泰、嶋達志、梅原さおり、硲隆太、今川恭四郎、保田賢輔、伊藤浩史、松本絵里佳、井上邦雄、池田晴雄
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 高知大学（高知県高知市）
  • 年月日: 20130920-20130920
• [学会発表] KamLAND-PICO Dark Matter Search Project (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Fushimi, Y.Awatani, H.Ejiri, R.Hazama, H.Ikeda, K.Imagawa, K.Inooue, A.Kozlov, R.Orito, T.Shima, R.Sugawara and K.Yasuda
  • 学会等名: 13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
  • 発表場所: Asilomar, California（米国）
  • 年月日: 20130912-20130912
• [学会発表] PICO-LON dark matter search (2013)
  • 著者名/発表者名: Ken-Ichi Fushimi, Shintaro Nakayama, Reiko Orito, R. Sugawara, Y. Awatani, Hiroyasu Ejiri, Ryuta Hazama, T. Shima, K. Inoue, A. Ikeda and A. Kozlov
  • 学会等名: CYGNUS 2013
  • 発表場所: オークスカナル パークホテル（富山県富山市）
  • 年月日: 20130611-20130611
  • 招待講演
• [学会発表] PICO-LON Project for Dark Matter Search（招待講演） (2013)
  • 著者名/発表者名: 伏見賢一
  • 学会等名: 極低バックグラウンド素粒子原子核研究懇談会
  • 発表場所: 富山商工会議所（富山県富山市）
  • 年月日: 20130423-20130423
  • 招待講演