2020 Fiscal Year Research-status Report
Radon reduction in dark matter search experiment by the development of ultra-low activity molecular sieves
| Project/Area Number |
19K03893
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
小川 洋 日本大学, 理工学部, 助手 (20374910)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 極低放射能技術 / 暗黒物質探索 / 吸着剤 / ラドン / キセノン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、極低放射能のモレキュラーシーブス（MS）を独自に開発し、それを用いて暗黒物質検出器からの放射性不純物ラドンを削減し、暗黒物質探索の感度向上を目指す研究となる。暗黒物質探索のターゲットとして代表的なものに、液体キセノンや、フッ素を含んだ化合物ガスなどがある。これらには、暗黒物質探索のバックグラウンドとなる放射性ラドンが検出器部材から湧き出ることから、ラドンの除去が重要な研究課題となっている。
本年度は以下の進展があった。まず、2019年度に製作した4A型MS(H. Ogawa et al (2020) JINST15 P01039で報告済み)をベースに、イオン交換によってラドン吸着用5A型MSに作り直した。これは、材料における放射性不純物の削減の余地があるが、市販の5A型MSに比べて十分にきれいなものである。この5A型MSを、神戸大学及び英国シェフィールド大において、SF6ガスによるラドン吸着試験を実施し、吸着能力を評価した。この結果は(R.R.Gregorio, …,H. Ogawa et al, arXiv: 2011.06994, JINST accepted (2021))で発表した。
また、ユニオン昭和（株）及び東大工学部との共同研究により、より放射性不純物が少ない、新材料による4A型MS製作手法を確立した。そして、5A型MSのためのイオン交換用カルシウム材料についても、極低放射能材料を大阪大からの紹介で入手することが出来た。このカルシウム材料によるイオン交換手法の確立も行った。これらの結果は、日本ゼオライト学会、日本物理学会及び関連研究会で報告をした。
ラドン湧き出し、吸着試験用のセットアップについては、小型のラドン吸着システムを製作した。現在は80L静電捕集型ラドン検出器および、ガス中不純物測定用比例計数管の調節をしている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の大きな進展として、新材料を選定したことで、ラドン吸着用5A型MSの材料に目途が立ち、製作手法が確立されたことと、本研究で製作された5A型MSに、ラドン吸着能力が十分あったことである。
ただ、新材料によって製作されたMSについては、材料から期待されるよりも高めの放射能が検出された。これは製作過程のコンタミと考えられる。製作実験室において、クリーンブースを設置することや、製作使用機器の洗浄装置を設置することで対策済みである。2021年度、改めて新材料でのMSを製作予定である。
新型コロナの影響で、実験が十分できる期間が短かったことと、静電捕集型ラドン検出器の電荷増幅器が故障したことにより、ラドン湧き出し、吸着試験用のセットアップの稼働には至っていないが、これも2021年度第一四半期に実施予定である。
よって、本研究はおおむね順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、極低放射能のシリカ成分及び、カルシウム化合物を用いた、ラドン吸着能力があるとされる5A型の極低放射能MSの製作を目指す。シリカ成分については、高純度コロイダルシリカを用いる。また、カルシウム化合物については、大阪大より紹介された精錬されたカルシウム材料の選定をする予定である。完成後は、高純度ゲルマニウム(HPGe)検出器でのスクリーニングと、ラドン湧き出し測定を実施する予定である。
完成した5A型MSによるラドン吸着試験を実施する。その時、イオン交換割合を変えたMSを製作する。高濃度のラドンをガスに入れ、ガスを循環することでラドン除去試験を実施する。最も吸着能力の高かったイオン交換割合を選定する。また、ガスは、キセノンガスの他に、シェフィールド大でSF6を試す予定となっている。
その上で、小型のラドン吸着システムでの吸着試験の結果を基に、暗黒物質探索検出器に使用可能な吸着システムへの改造を実施する。
本研究で開発されたMSと吸着システムを外部に発信し、実際の暗黒物質探索検出器への設置を目指すことで、次期暗黒物質探索実験の感度向上に役立てる。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナの影響で、実験業務が滞ることがあり、モレキュラーシーブスのO(kg)大量製造用材料・使用機器や、ラドン吸着システム装置用において、未使用が生じた。
次年度は、早い時期にこれらを実施する予定であり、そこで使用予定となっている。
|
Research Products
(7 results)
