Development of novel liquid scintillators using organic-inorganic hybrid materials

使用有机-无机杂化材料开发新型液体闪烁体

基本信息

批准号：
22KJ0291
负责人：
渡邊晶斗
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、二重β崩壊探索実験の新規検出器開発に向けて、その二重β崩壊の放射線源となる96Zrを多量に装荷した液体シンチレータの開発を目的としている。当該線源の装荷手法としてはZrO2ナノ粒子の分散を案出し、亜/超臨界水熱プロセスによって表面に有機修飾が施されたZrO2ナノ粒子を合成することによって、液体シンチレータへの高濃度分散が可能なナノ粒子の多量合成プロセスの開発を行っている。特に本年度の研究においては、液体シンチレータの主成分となるトルエンへの、ナノ粒子の高濃度分散の達成のために、適切な有機修飾系を構築することに注力した。古典的な溶媒/溶質系の熱力学パラメータに基づいて修飾有機分子を選定することにより、トルエンへのナノ粒子の分散が可能になることが示された。また、特に、分子鎖の長さの異なる修飾分子を混合して修飾することにより、この分散濃度が劇的に向上することが判明し、今年度までに1 wt%までのZr濃度を達成することに成功した。一方で、ナノ粒子の凝集や未反応の修飾剤の残留等の課題も残されており、更なる合成プロセスの改善が要求される。しかし一方で、これらの課題はナノ粒子の分散性や液体シンチレータの性能に直結する因子であり、これらの改善に成功した際には、従来の化合物を溶解した系を大きく上回る線源の添加が実現することが予見される。一方で、二重β崩壊探索実験においては、液体シンチレータの高感度化が実験の成否に大きく関連するとされており、そのためのバックグラウンドの除去技術の確率も重要視されている。そこで、上記とは別の、Liを装荷した液体シンチレータを用いて中性子の信号からγ線のバックグラウンドを除去する実験も並行して行った。励起分子の物理化学プロセスに着目して材料設計を行うことにより、中性子とγ線の信号を弁別することに成功した。

在本研究中，我们的目标是开发一种负载大量96Zr的液体闪烁体，作为双β衰变的辐射源，以开发用于双β衰变搜索实验的新型探测器。作为该辐射源的负载方法，我们设计了ZrO2纳米颗粒的分散，并通过使用亚/超临界水热工艺合成表面有机修饰的ZrO2纳米颗粒，我们实现了在液体闪烁体中的高浓度分散。合成大量纳米粒子的过程。特别是，今年的研究重点是构建适当的有机改性系统，以实现纳米粒子在甲苯（液体闪烁体的主要成分）中的高浓度分散。结果表明，基于经典溶剂/溶质系统的热力学参数选择改性有机分子能够使纳米颗粒分散在甲苯中。特别是，我们发现，通过混合和改性不同分子链长度的改性分子，可以显着提高这种分散浓度，我们的目标是在本财年实现高达 1 wt% 的 Zr 浓度，这非常成功。。另一方面，纳米粒子聚集和残留未反应改性剂等问题仍然存在，需要进一步改进合成工艺。然而，另一方面，这些问题是与纳米颗粒的分散性和液体闪烁体的性能直接相关的因素，如果这些改进成功，就需要添加比传统的大得多的辐射源预计这将成为现实。另一方面，在双β衰变搜索实验中，据说提高液体闪烁体的灵敏度对实验的成败关系很大，为此目的的背景去除技术的概率也很重要。因此，与上述实验并行，我们进行了使用载锂液体闪烁体从中子信号中去除γ射线背景的实验。通过设计专注于激发分子的物理化学过程的材料，我们成功地区分了中子和伽马射线信号。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

凝集有機発光特性を有するテトラフェニルエチレン結晶の光学およびシンチレーション特性

具有聚集有机发光特性的四苯乙烯晶体的光学和闪烁特性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊晶斗;越水正典;藤本裕;浅井圭介
通讯作者：
浅井圭介

Lund University(スウェーデン)

隆德大学（瑞典）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

中性子検出用6Li装荷液体シンチレータの開発

中子探测用6Li负载液体闪烁体的研制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊晶斗;越水正典;渡辺賢一;佐藤敦史;藤本裕;浅井圭介
通讯作者：
浅井圭介

ナノ粒子装荷有機シンチレータの開発に向けたZrO2ナノ粒子の表面修飾の研究

ZrO2纳米颗粒表面修饰研究用于纳米颗粒负载有机闪烁体的开发

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊晶斗;越水正典;横哲;成基明;笘居高明;阿尻雅文;林大和;藤本裕;浅井圭介
通讯作者：
浅井圭介

Development of an organic liquid scintillator loaded with organic-inorganic hybrid ZrO2 nanoparticles for detection of neutrinoless double β decay

开发装载有机-无机杂化 ZrO2 纳米颗粒的有机液体闪烁体，用于检测中微子双 β 衰变

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akito Watanabe;Masanori Koshimizu;Akira Yoko;Gimyeong Seong;Takaaki Tomai;Tadafumi Adschiri;Yamato Hayashi;Yutaka Fujimoto;Keisuke Asai
通讯作者：
Keisuke Asai