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2015 年度 実績報告書

ジルコニウム96を用いた2重ベータ崩壊事象探索実験用液体シンチレータの開発

公募研究

研究領域ニュートリノフロンティアの融合と進化
研究課題/領域番号 26105502
研究機関宮城教育大学

研究代表者

福田 善之  宮城教育大学, 教育学部, 教授 (40272520)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードニュートリノ / ニュートリノ質量 / 2重ベータ崩壊 / ジルコニウム / 液体シンチレータ / バックグラウンド除去
研究実績の概要

昨年度の開発で成功したテトラキス(アセト酢酸イソプロピル)ジルコニウム(Zr(iprac)4)を10wt.%溶解させた液体シンチレータに対し、放射線元素の含有量を評価した。鉛シールド内にCsI検出器を設置し、液体シンチレータ内部のU/Th系列から放射されるガンマ線を観測した結果、Tl-208(2.615MeV)及びBi-214(2.204MeV/1.765MeV)のピークが観測された。しかし、液体シンチレータがない場合のスペクトルと差がなかったため、各々の上限値として2.7×10の-22乗g/g及び4.9×10の-20乗g/gが得られた。従って、液体シンチレータ中のU/Thの上限値は10の-7乗g/gと推定でき、明らかな量の放射性元素は存在しないことがわかった。また、液体シンチレータは1年以上経過後も沈殿物等は生じず、エネルギー分解能や光量の低下も確認されなかった。
一方、KamLAND-Zenの解析結果より、Zr-96の2重ベータ崩壊の信号領域に残存するバックグラウンド事象として、バルーンフィルム内のTl-208のベータ崩壊事象と、それに伴う2.6MeVのガンマ線であり、本研究でもそれらがバックグラウンドになると考えられる。これらを除去するために、新たにチェレンコフ光による事象再構成を着想した。
アニソールの屈折率は1.518のため、0.7MeV以上の電子はチェレンコフ光を放射する。実際にチェレンコフ光の光量を観測した結果、液体シンチレータの2%程度であり、計算結果と一致した。更に、EGS5によるシミュレーションの結果、電子の多重散乱が発生してもチェレンコフ光の放射角度分布は42度付近にピークが観測され、その情報から事象の発生位置の再構成を試みたところ約6cmの位置分解能の性能が得られた。ZICOS 実験では時間情報も利用できるため位置分解能は更に向上し、Tl-208のベータ線とガンマ線の発生位置を個別に特定できることが期待されるため、KamLAND-Zenのバックグラウンド観測量の20分の1程度まで除去できる可能性を示すことができた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Development of a liquid scintillator containing a zirconium beta-keto ester complex for the ZICOS experiment2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuda, S.Moriyama, I.Ogawa, T.Gunji
    • 雑誌名

      Nuclear Physics B Nuclear and Particle Physics Proceedings

      巻: 724 ページ: 966-969

    • DOI

      10.1016/j.nuclphysbps. 2015.10.007

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ZICOS - New project for neutrinoless double beta decay experiment using zirconium complex in organic liquid scintillator -2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuda, Narengerile, A. Obata, S.Moriyama, I.Ogawa, T.Gunji, S.Tsukada, R. Hayami
    • 雑誌名

      宮城教育大学紀要

      巻: 50 ページ: 135-143

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ZICOS - New project for neutrinoless double beta decay experiment using zirconium complex in organic liquid scintillator -2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuda, Narengerile, A. Obata, S.Moriyama, I.Ogawa, T.Gunji, S.Tsukada, R. Hayam
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 715 ページ: 042054

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ZICOS - NEW PROJECT FOR NEUTRINOLESS DOUBLE BETA DECAY EXPERIMENT USING ZIRCONIUM COMPLEX IN ORGANIC LIQUID SCINTILLATOR -2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuda, Narengerile, A.Obata, S. Moriyama, I. Ogawa, T. Gunji, S. Tsukada, R. Hayami
    • 学会等名
      International Symposium on Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research 2016
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-05-11 – 2016-05-13
    • 国際学会
  • [学会発表] ジルコニウム96を用いたニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊事象の探索ⅤIV2016

    • 著者名/発表者名
      福田善之、森山茂栄、小川 泉、郡司天博、塚田 学、速水良平
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(泉キャンパス)(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] ジルコニウム96を用いたニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊事象の探索VIII2015

    • 著者名/発表者名
      福田善之、那仁格日楽、小畑旭、森山茂栄、小川泉、郡司天博、塚田学、速水良平
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      大阪市立大学杉本キャンパス(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-09-25 – 2015-09-28
  • [学会発表] ZICOS - NEW PROJECT FOR NEUTRINOLESS DOUBLE BETA DECAY EXPERIMENT USING ZIRCONIUM COMPLEX IN ORGANIC LIQUID SCINTILLATOR -2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuda, Narengerile, A.Obata, S. Moriyama, I. Ogawa, T. Gunji, S. Tsukada, R. Hayami
    • 学会等名
      TAUP 2015 XIV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics
    • 発表場所
      Centro Congressi Unione Industriale Torino (イタリア、トリノ)
    • 年月日
      2015-09-07 – 2015-09-11
    • 国際学会
  • [備考] TAUP2015で講演したスライド

    • URL

      http://www.taup-conference.to.infn.it/2015/day2/parallel/nub/5_fukuda.pdf

  • [備考] UGND2016で講演したスライド

    • URL

      http://www.lowbg.org/ugnd/workshop/sympo_all/201605_Tokyo/slides/11pm/11pm_11.pdf

  • [備考] 日本物理学会2015年秋季大会で講演したスライド

    • URL

      http://masamune.miyakyo-u.ac.jp/gakkai/JPS2015-fall-presen.pdf

  • [備考] 日本物理学会第71回年次大会で講演したスライド

    • URL

      http://masamune.miyakyo-u.ac.jp/gakkai/JPS2016-spring.pdf

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公開日: 2017-01-06  

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