2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Majorana Neutrino Mass with High Luminance Liquid Scintillator Detector
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15H03649
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
清水 格 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (10400227)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 液体シンチレータ開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
KamLAND-Zen実験では、検出器の極低放射線環境を活かし、同位体濃縮キセノンを溶存した液体シンチレータによる二重ベータ崩壊に対して世界最高感度の探索を行い、ニュートリノの有効質量に対して61-165 meVの上限値を得ている。本研究では、現在よりも高発光量の液体シンチレータ検出器を実現することによりエネルギー分解能を限界まで高め、逆階層型のマヨラナ質量（20 meV以上）の検証を目標とする。高発光液体シンチレータとしては、安価で高い透過率を持つリニアアルキルベンゼン（LAB）を溶媒とした液体シンチレータが有力であるが、LABには蛍光波長領域で吸光するニトロベンゼン誘導体などの微量な不純物が含まれるため、液体シンチレータとして使用するには透過率改善のための光学的純化を行う必要がある。これまでの研究では合成ゼオライトの一種であるモレキュラーシーブを吸着剤として用いることで吸光不純物の除去に成功し、KamLANDの約1.5倍の光量を達成した。しかし、装置を大型化するにはLABの収率や純化に要する吸着剤の量において難点があった。そこで、モレキュラーシーブよりも安価で吸着面積が大きい活性炭に注目し吸着試験を行ったところ、吸着速度・効率において非常に優れていることが分かった。さらに純化効率を高めるため、カラムに液を連続的に流し続けるカラム法による吸着試験も行った。その結果、不純物を1/50程度まで除去することに成功し、光量を約1.35倍まで改善することができた。さらに、大型カラムを使用した300 LのLAB純化試験を行い、手法のスケーラビリティを実証した。使用する吸着剤の量を1/20、LABの量を1/4程度まで削減し、KamLAND実験に必要な1,000トン液体シンチレータ製作に要するコストを大幅に低減することに成功した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(7 results)
