2015 Fiscal Year Annual Research Report
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24224007
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岸本 忠史 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (90134808)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小澤 正基 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (80421527)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 二重ベータ崩壊 / カルシウム / 低バックグラウンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在の物質優勢の宇宙を説明するにはCP対称性の破れに加えて粒子数の保存則の破れが必要である。現時点で最有力と考えられている説明は、レプトン数保存則の破れが起こるというレプトジェネシスシナリオである。ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の研究は、レプトン数保存則の破れに対応するニュートリノのマヨラナ粒子性を検証するものである。
本研究では、CaF2を用いたCANDLES IIIシステムを使用して48Caの二重ベータ崩壊の観測を行う。結果として、48Ca二重ベータ崩壊の世界最高感度の結果を得る。さらに測定を高感度化するため、濃縮技術開発をすすめ、CANDLES IIIシステムを冷却することでエネルギー分解能を向上させる。そのために、本年度は、下記の項目を行った。
１、二重ベータ崩壊測定：CANDLESシステムの改造
CANDLES IIIシステムにおけるバックグラウンド事象として、中性子捕獲（システム周辺物質に含まれる鉄・ニッケル等による）から放出されるγ線が候補としてあげられる。そのため、CANDLES IIIシステムにガンマ線遮蔽システムとして鉛遮蔽体を導入した。効果的にガンマ線を遮蔽するために、検出器タンクの上部および低部にも鉛遮蔽体を導入した。この下部鉛遮蔽体は、CANDLES IIIシステム内の純水内に設置されるため、鉛が溶け出さないように、鉛上部をシールした。このことにより、鉛溶け出し量を微量に抑えることに成功した。また、CaF2の信号を用いた波形弁別能力を上げるために、高性能光電子増倍管を導入した。
２、48Ca濃縮：大量生産システム構築に向けたシステム設計
低濃度48Ca濃縮のためには、クラウンエーテル樹脂を用いた泳動濃縮の手法をとる。よりコストパフォーマンスよく濃縮を行うため、特殊樹脂担体ではなく、市販品で濃縮効果の高い担体を見つけ出すことに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CANDLESシステムの高感度化のための改造が多少遅れてしまったが、一方、同位体濃縮については、クラウンエーテル樹脂での濃縮手法の確立の他、さらに高効率の濃縮法：電気泳動法の開発もすすんでいる。そのため、研究全体としては、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、冷却システム、および、遮蔽システムを導入した、CANDLES IIIシステムを用いて、長期安定測定を行う。また、冷却システム、および、遮蔽システムの性能評価を行う。
１、長期安定測定
用いるCANDLES IIIシステムは、フッ化カルシウムシンチレータが主検出器である。その長期安定測定とは、フッ化カルシウム検出器のゲイン安定測定およびその補正が必要である。そのために、定期的なエネルギー較正による評価が必要である。本研究では、2か月に1度のエネルギー較正を、88Y線源(放射γ線エネルギーは、0.9MeV、1.8MeV)を用いて行う。また、さらに高いエネルギー領域の較正は、24Naを用いる。そのために、NaI(Tl)シンチレータも新たに導入する。
２、冷却システム、および、遮蔽システムの性能評価
フッ化カルシウムは、低温環境に置くことで発光量が増加する。これは、フッ化カルシウム検出器のエネルギー分解能の向上を実現する。前述の長期安定測定で記載したエネルギー較正を行うことで、エネルギー分解能の評価を行う。また、中性子線源をCANDLES IIIシステムの外側に置いた測定を行うことで、遮蔽システムの、中性子・γ線遮蔽能力を評価する。また、冷却システムによって向上が期待される、フッ化カルシウムの波形弁別能についても合わせて評価する。この結果をもとに、さらにCANDLES IIIシステムを大型化し、測定感度を向上させた時のバックグラウンド量の見積もりも行う。
得られたデータを用いて、48Caのニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊の半減期測定を行う。
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[Journal Article] A basic study on the production of enriched isotope 48Ca by using crown-ether resin2015
Author(s)
Umehara, S., Kishimoto, T., Kakubata, H., Nomura, M., Kaneshiki, T., Suzuki, T., Fujii, Y., Nemoto, S..
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Journal Title
Progress of Theoretical and Experimental Physics
Volume: 053C03
Pages: 1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] New DAQ System for the CANDLES Experiment2015
Author(s)
K. Suzuki, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ichimura, T. Iida, Y.Inukai,H.Kakubata,T.Kishimoto, et al.
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Journal Title
Nuclear Science, IEEE Transactions
Volume: 62(3)
Pages: 1122-1127
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] The CANDLES Trigger System for the Study of Double Beta Decay of 48Ca2015
Author(s)
T. Maeda, S. Ajimura, W. M. Chan, K. Fushimi, R. Hazama, K. Ic himura, T. Iida, Y. Inukai, T. Ishikawa, H. Kakubata, T. Kishimoto, K., et al.
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Journal Title
Nuclear Science, IEEE Transactions
Volume: 62(3)
Pages: 1128-1134
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Low background techniques in CANDLES2015
Author(s)
K. Nakajima, T. Iida, T. Kishimoto, K. Matsuoka, M. Nomachi, S. Umehara, W. M. Chan, H. Kakubata, X. Li, T. Maeda, T. Ohata, B. Temuge, K. Tetsuno, V. T. T. Trang, T. Uehara, S. Yoshida, K. Morishita, I. Ogawa, K. Sakamoto, Y. Tamagawa, M. Yoshizawa, K. Fushimi, R. Hazama, N. Naktani and K. Suzuki
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Journal Title
AIP Conf. Proc.
Volume: 1672
Pages: 110004：
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Search for Neutrino-less Double Beta Decay with CANDLES2015
Author(s)
S. Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, T. Iida, K. Nakajima, K. Ichimura, K. Matsuoka, M. Saka, T. Ishikawa, D. Tanaka, M. Tanaka, T. Maeda, S. Yoshida, K. Suzuki, G. Ito, H. Kakubata, W. Wang, V.T.T. Trang, W.M. Chan, J. Takemoto, M. Doihara, T. Ohata, K. Tetsuno, Y. Tamagawa, I. Ogawa, et al.
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Journal Title
Physics Procedia
Volume: 61
Pages: 283-288
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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