インジウムを用いた陽子・陽子核融合反応からの太陽ニュートリノ観測装置の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13440066
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 福田 善之 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (40272520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塩澤 真人 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (70272523) ; 森山 茂栄 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (50313044) ; 小汐 由介 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (80292960) ; 竹内 康雄 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (60272522)
• Keywords: ニュートリノ / ニュートリノ振動 / 太陽ニュートリノ / スーパーカミオカンデ / インジウム

Research Abstract

本年度はFeをドープした高抵抗の半絶縁InP基板を用い、これに陰極にAu-Ge/Ni/Au、陽極にCr-Auの電極をオーミック接合させた放射線半導体検出器の試作を行った。基板は垂直勾配凍結法(VGF法)により結晶成長した塊から直径5cm、厚さ450μmの切り出しを行った。特に高抵抗が必要なので、EPDを2000cm^<-2>以下に抑えることにより比抵抗を10^8ohm・cmまで達成した。この基板から4mmまたは7mm角の素子の切り出しと上記の電極装着を浜松ホトニクスに依頼した。まず、基板自身に含まれるウラン・トリウム系列のバックグラウンドを測定するために、既設の極低バックグラウンド・ゲルマニウム検出器により測定を行った。基板1枚当りのウラン・トリウムは各々3.8×10^<-8>g/gおよび1.6×10^<-8>g/g以下が得られ、非常にクリーンであった。但し、400keV以下で10.^<-5>count/keV/sec程度の有意なバックグラウンドが観測されたが、In自身のベータ崩壊による電子もしくはその制動輻射と思われ、予想しているバックグラウンドであり技術的には問題はない。現在、試作器は製作中(3月中旬納入予定)であるため、納入後に電圧-電流等の基本性能を測定するとともに、ガンマ線による放射線測定を行う予定である。現段階では100Vの印可電圧で10nA程度の暗電流が予想され、移動度が2000cm^2/Vsである事から10^<-9>秒で電荷収集可能と考えている。以前の実験結果から、電子・正孔の寿命が10^<-7>秒程度だったことを考えると、収集時間は寿命より十分短いと思われる。また、100keVのガンマ線で約4fCの電荷が生ずるのに対し、ノイズレベルは暗電流からの0.1fC(3keV相当)と静電容量の約10keVが予想されることから、ガンマ線の信号は観測可能と考えられる。一方、大型検出器を仮定したシミュレーションから、ppニュートリノの捕獲に伴う電子と116keVガンマ線は同一の検出器で観測可能なのに対し、他方の498keVガンマ線はInP検出器をつき抜けた。そこで、厚さ2cmのNaIシンチレータでInP検出器の表面を覆う形状を考案し、9×9×9を1ユニット(トリガーの条件はもっと狭い範囲とするが)として計算すると、50keVのエネルギー閾値でppニュートリノの検出効率が80%に達するという結果を得た。

Research Products

• [Publications] S.Fukuda, Y.Fukuda, 他スーパーカミオカンデコラボレーション: "Solar ^8B and hep Neutrino Measurements from 1258 Days of Super-Kamiokande Data"Physical Review Letters. 86. 5651-5655 (2001)
• [Publications] S.Fukuda, Y.Fukuda, 他スーパーカミオカンデコラボレーション: "Constraints on Neutrino Oscillations Using 1258 Days of Super-Kamiokande Solar Neutrino Data"Physical Review Letters. 86. 5656-5660 (2001)