ベータ崩壊測定によるニュートリノ質量探策に用いる高精度超伝導検出器の開発

使用β衰变测量开发用于中微子质量探索的高精度超导探测器

基本信息

批准号：
17740167
负责人：
山田悟
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo (2006)Japan Atomic Energy Agency (2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はトリチウムのベータ崩壊によるニュートリノの絶対質量探索を行うための高精度超伝導検出器の開発と性能試験を行うことである。トリチウムベータ崩壊測定において従来行われている電磁スペクトロメーター法ではなく、理研で開発されている超伝導トンネル接合素子(STJ)を利用したベータ崩壊電子のエネルギースペクトルの精密測定により、従来の実験に生じる系統誤差から離れた実験を行うことができる。ニュートリノの質量探索実験にSTJを用いるためには、検出面の大面積化とエネルギー分解能の改善という2点が重要で、本研究ではこの点の向上を目指した開発を行い、また性能試験のために中性子ビームラインを用いた測定ポートの整備を進めた。2006年度では、原子力機構の原子炉JRR-3において新たな中性子ビームポートの整備と開発を行った。これは従来のビームポートでは中性子と周囲の物質との相互作用によるガンマ線バックグラウンドが多く、性能評価が難しかったためである。この新ビームポートにおいて従来のポートに比べ周囲からのガンマ線バックグラウンドを1/10程度以下に抑えることができた。超伝導トンネル接合素子については大面積500ミクロン角素子の開発を進め、7割弱程度の歩留り率を達成できた。2年にわたる研究期間において、検出器の大面積化や性能試験環境の整備を行うことができた。より高エネルギー分解能を目指すための新たな材質を用いた超伝導接合素子の完成は、今後の課題である。

这项研究的目的是开发和执行高精度超导检测器的性能测试，以寻找由于Tritium的β衰减而引起的中微子的绝对质量。而不是传统上用于β衰变测量的电磁光谱仪方法，而是可以通过使用Riken开发的超导隧道连接装置（STJ）进行常规实验中发生的系统误差的实验。为了在中微子质量搜索实验中使用STJ，两个重要的一点是：增加检测表面的面积并改善能量分辨率。这项研究的目的是为了改善这一点，并使用中子束线进行了性能测试，并开发了一个测量端口。在2006财年，在日本核日本反应堆JRR-3开发和开发了新的中子束端口。这是因为由于中子和周围材料之间的相互作用，传统的光束端口通常会导致γ射线背景，因此很难评估性能。这个新的梁端口已经能够将伽马射线背景从周围的环境减少到常规端口的1/10少于约1/10。至于超导隧道连接元件，我们一直在开发500微米角元件的大面积，达到的收益率略低于70％。在两年的研究期间，我们能够增加检测器的面积并改善性能测试环境。使用新材料以更高的能源分辨率完成超导键合设备是未来的挑战。