ＫａｍＬＡＮＤ－ＰＩＣＯによる宇宙暗黒物質探索

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24340055
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 伏見 賢一 徳島大学, 大学院ソシオ・アーツ・アンド・サイエンス研究部, 教授 (90274191)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 宇宙暗黒物質 / WIMPs / NaI(Tl)

Outline of Annual Research Achievements

NaI(Tl)結晶の高純度化を昨年度に引き続き行った。NaI(Tl)粉末原料に226Raの除去を目的とした化学処理を施したのち結晶化させて検出器を製造した。検出器の容器には高感度測定を見据えて無酸素銅を用いた。測定は神岡地下素粒子観測施設のKamLANDエリア内で行い、無酸素銅5cmおよび高純度鉛20㎝の遮蔽体を使用して高感度測定を行った。
NaI(Tl)結晶に含まれる放射性不純物については210Poの量は昨年に引き続き世界最高レベルと同等の高純度を維持することに成功した。226Raは低減を期待したが昨年度と同じ約100μBq/kgにとどまった。226Raの除去に最適化した化学処理を検討し、次年度に行う化学処理について検討して使用するイオン交換樹脂、処理環境について決定した。
高感度測定に関しては、エネルギー閾値付近(電子換算エネルギーで約10 keV)における計数率が70 /day/kg/keVとなり、目標値の70倍の高バックグラウンドになった。検出器に使用している物質すべてについてモンテカルロシミュレーションによってバックグラウンドへの影響を精密に評価し、バックグラウンド源をほぼ特定することに成功した。26年度終わりに改造したNaI(Tl)検出器が完成し、平成27年度に低バックグラウンド測定を実施する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

NaI(Tl)検出器の純度は十分に向上した。次に目指すのは検出器の周辺材料に含まれる放射性不純物の低減化である。平成26年度の目標として設定したNaI(Tl)の高純度化は十分に達成できたものの、宇宙暗黒物質探索に必要な全体のバックグラウンド低減に課題が残っている。
平成27年度にのこされた課題である全体のバックグラウンド低減に集中する予定である。

Strategy for Future Research Activity

NaI(Tl)検出器全体の低バックグラウンド化に取り組む。NaI(Tl)周辺の物質とはハウジングに用いる無酸素銅、反射材、光学窓の各素材である。以前に使用したことがある高純度素材であっても製品の固有差によりバックグラウンドが高くなる場合があるため、使用するすべての素材についてスクリーニングテストを行う。
スクリーニングテストは平成26年度から始まった新学術領域「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」D01班と連携して推進する。

Research Products

• [Journal Article] KamLAND-PICO dark mater search project (2015)
  • Author(s): Ken-Ichi Fushimi, Y. Awatani, Hiroyasu Ejiri, Ryuta Hazama, R. Sugawara, H. Ikeda, K. Imagawa, K. Inoue, A. Kozlov, Reiko Orito, T. Shima and K. Yasuda
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 61 Pages: 67-73
  • DOI: doi:10.1016/j.phpro.2014.12.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CANDLES Search for neitrino-less double beta decay of 48Ca (2014)
  • Author(s): S. Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, N. Nakatani, K. Mtasuoka, K. Ichimura, M. Saka, T. Ishikawa, D. Tanaka, M. Tanaka, S. Yoshida, K. Suzuki, G. Ito, H. Kakubata, W. Wang, J. Takemoto, W.M. Chan, M. Doihara, Y. Tamagawa, I. Ogawa, T. Ueno, S. Maeda, A. Yamamoto, S. Tomita, R.Hazama, Ken-Ichi Fushimi,他6名
  • Journal Title: EPJ WEB of Conferences Proceedings of INPC 2013 International Nuclear Physics Conference Volume: 66 Pages: 08008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] KamLAND-PICO project to search for cosmic dark matter (2014)
  • Author(s): Ken-Ichi Fushimi, Y. Awatani, Hiroyasu Ejiri, Ryuta Hazama, H. Ikeda, K. Imagawa, K. Inoue, A. Kozlov, Reiko Orito, T. Shima, R. Sugawara and K. Yasuda
  • Journal Title: Proceedings of the 26th Workshop on "Radiation Detectors and Their Uses" January 26-28 20214. KEK Tsukuba Japan Volume: 2014-11 Pages: 23-33
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] KamLAND-PICO dark matter search (2015)
  • Author(s): 伏見賢一
  • Organizer: KamLAND Collaboration meeting
  • Place of Presentation: 滝の湯（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-28
• [Presentation] KamLAND-PICO DAQ (2015)
  • Author(s): 竹本康浩
  • Organizer: KamLAND Collaboration meeting
  • Place of Presentation: 滝の湯（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-28
• [Presentation] Simulation study of impurities in NaI ingot (2015)
  • Author(s): 寺岡有里，池田晴雄
  • Organizer: KamLAND Collaboration meeting
  • Place of Presentation: 滝の湯（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-28
• [Presentation] Clean room and shielding construction for evaluation of NaI (2015)
  • Author(s): Alexaandre Kozlov
  • Organizer: KamLAND Collaboration meeting
  • Place of Presentation: 滝の湯（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-03-28 – 2015-03-28
• [Presentation] PICO-LONによる宇宙暗黒物質探索 (2015)
  • Author(s): 伏見賢一，竹本康浩， Alexandre Kozlov, 江尻宏泰，嶋達志 硲隆太，井上邦雄，池田晴雄，今川恭四朗，保田賢輔
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-23 – 2015-03-23
• [Presentation] PICO-LON用高純度NaI(Tl)検出器をもちいた低BG測定 (2015)
  • Author(s): 竹本康浩，伏見賢一, Alexandre Kozlov, 江尻宏泰，嶋達志 硲隆太，井上邦雄，池田晴雄，今川恭四朗，保田賢輔
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-23 – 2015-03-23
• [Presentation] NaI(Tl)の高純度化について (2015)
  • Author(s): 伏見賢一
  • Organizer: LBGT2015（極低バックグラウンド放射能技術研究会）
  • Place of Presentation: 兵庫県淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2015-03-10 – 2015-03-10
  • Invited
• [Presentation] PICO-LONの課題について (2015)
  • Author(s): 伏見賢一
  • Organizer: LBGT2015（極低バックグラウンド放射能技術研究会）
  • Place of Presentation: 兵庫県淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2015-03-09 – 2015-03-09
  • Invited
• [Presentation] KAMLAND-PICO DARK MATTER SEARCH PROJECT (2014)
  • Author(s): K.Fushimi, H.Ejiri, R.Hazama, H.Ikeda, K.Imagawa, K.Inoue, A.Kozlov, R.Orito, T.Shima, Y.Takemoto, S.Umehara, K.Yasuda
  • Organizer: Fourth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan
  • Place of Presentation: Hilton Waikoloa Village (米国）
  • Year and Date: 2014-10-09 – 2014-10-09
• [Presentation] PICO-LON high purity NaI(Tl) crystal for dark matter search (2014)
  • Author(s): K.Fushimi, H.Ejiri, R.Hazama, H.Ikeda, K.Imagawa, K.Inoue, A.Kozlov, R.Orito, T.Shima, Y.Takemoto, S.Umehara, K.Yasuda
  • Organizer: DBD2014
  • Place of Presentation: Hilton Waikoloa Village (米国）
  • Year and Date: 2014-10-06 – 2014-10-06
• [Presentation] ダークマターの直接探索実験の現状 (2014)
  • Author(s): 硲隆太
  • Organizer: 研究会「宇宙核物理実験の現状と将来」
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-08-07 – 2014-08-07
  • Invited
• [Presentation] PICO-LON計画～世界一のNaI(Tl)で宇宙暗黒物質探索～ (2014)
  • Author(s): 伏見賢一
  • Organizer: 応用物理学会放射線分科会 夏の学校
  • Place of Presentation: 桂浜荘（高知県高知市）
  • Year and Date: 2014-08-06 – 2014-08-06
  • Invited