2013 Fiscal Year Annual Research Report

固体ニュートリノ検出器を用いた原子炉プルトニウムモニターの開発

Research Project

Project/Area Number	23340063
Research Institution	Niigata University
Principal Investigator	宮田等新潟大学, 自然科学系, 教授 (80192368)
Project Period (FY)	2011-04-01 – 2015-03-31
Keywords	原子炉ニュートリノ / プラスチックシンチレータ / 粒子測定技術 / 素粒子実験
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、小型で安全で原子炉建屋内で使うことができる固体原子炉ニュートリノ検出器の開発を行っている。国内で稼働している商用原子炉がほとんどなく、また原子炉建屋内への検出器の設置が許可されないことから、中性子線源を用いた擬似ニュートリノ反応事象や宇宙線、自然放射線によるバックグラウンド事象を新潟大学理学部の実験室において観測することにした。１）固体検出器本体のニュートリノターゲットの周囲に宇宙線ミュー粒子のVETOカウンターであるプラスチック・シンチレーションカウンターを配置し、その外側を鉛板やポリエチレン・ブロックで覆い、環境γ線や中性子バックグラウンドを低減した。ニュートリノ検出器の較正は、Co60などの放射線源を用いて行った。ニュートリノ反応事象相当のデータの取得には、擬似ニュートリノ反応線源として、中性子とγ線を同時に放出する中性子線源（Am/Be線源）[4.4MeV (γ) + 4～8 MeV (中性子)]を用いた。２）擬似ニュートリノ反応線源を用いたテスト実験によって得られた擬似ニュートリノデータを解析し、固体ニュートリノ検出器の性能評価を行った。その結果、Gd含有新型プラスチックシンチレータを用いたプロトタイプ・ニュートリノ検出器（重量約20kg）について、平均中性子捕獲時間が28±4μsと求まった。市販のプラスチックシンチレータとGdシートをサンドイッチ状に束ねて作ったプロトタイプ検出器の場合には、平均中性子捕獲時間は37±3μsであった。Gd含有新型プラスチックシンチレータを用いた検出器の方が平均中性子捕獲時間が短いのは、シンチレータ中にGdが一様に混ざっていることによると考えられる。３）Geant4シミュレーションを行い、中性子捕獲時間の再現を試みた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason Gd含有の新型プラスチックシンチレータを開発できた。発光量が市販のシンチレータよりも少し劣るが、これを用いたプロトタイプ・ニュートリノ検出器の１モジュール（重量約20kg）によって、擬似ニュートリノ信号（中性子など）を捕らえることができた。
Strategy for Future Research Activity	Gdを含有した新型プラスチックシンチレータの発光量を増やすための開発をもう少し行うとともに、このシンチレータを用いたプロトタイプ・ニュートリノ検出器のモジュール数を増やして、原子炉ニュートリノ検出器としての性能をより向上させる予定である。