超高感度シンチレーターによるレプトンの性質と弱い相互作用の研究

使用超灵敏闪烁体研究轻子特性和弱相互作用

基本信息

批准号：
13740158
负责人：
伏見賢一
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)宇宙暗黒物質の主成分と考えられるWIMPs(Weakly Interacting Massive Particles)を、原子核との弾性散乱および非弾性散乱による検出を行うために、超高感度シンチレーターを開発した。はじめに、シンチレーター素材にNaI(Tl)を選択した。NaI(Tl)はWIMPsとの弾性散乱に対する散乱断面積が大きいだけでなく、^<127>Iとの非弾性散乱の断面積が大きいうえ、散乱断面積の核行列要素がM1遷移確率から実験的に精密に知られているという大きな利点がある。(2)平成13年度にはNaI(Tl)シンチレーターの高純度化を行った。シンチレーター素材だけでなく、周囲の物質の不純物にも注意して材料を選択した結果、ウラン系列についておよそ12μBq/kgに達する高純度を得た。この値は、世界で最も純度が高く、関連学会で報告し、高い評価を得ている。(論文2,3,4)(3)更にELEGANT Vによる^<100>Moの二重ベータ崩壊の測定および解析を進め、神岡地下実験室および大塔コスモ観測所における計621日の測定により、マヨロン放出による二重ベータ崩壊の半減期に対し、世界で最も厳しい制限を与えることに成功した(論文1)。(4)超高純度シンチレーターを用いたWIMPs探索のために、検出器のデザインを検討し、厚さ0.5mmの超薄型NaI(Tl)を積層させてシステムを組み立てることを決めた。その計画の最も重要な技術的基盤である厚さ0.5mm、直径5cmの大面積・超薄型NaI(Tl)結晶の開発を行った。NaI(Tl)はモース硬度が2の極めて脆い結晶であるため、大面積・超薄型のNaI(Tl)製造は不可能であると考えられていたが、特許申請中の技術によりその製造に成功した。この超薄型の性能を確認した結果は、平成15年3月29日の日本物理学会年会で報告した。(論文4,特許1)

（1）我们开发了一种超灵敏闪烁体，通过原子核的弹性和非弹性散射来探测WIMP（弱相互作用大质量粒子），WIMP被认为是宇宙暗物质的主要成分。首先，我们选择NaI（Tl）作为闪烁体材料。 NaI(Tl)不仅具有大的WIMP弹性散射截面，而且还具有^<127>I非弹性散射大截面，并且散射截面的核矩阵元通过实验确定M1 转移概率有一个很大的优点，就是可以精确地知道。 (2) 2001财年，我们提高了NaI(Tl)闪烁体的纯度。通过仔细选择闪烁体材料以及周围物质中的杂质，我们能够获得铀系列约 12 μBq/kg 的高纯度。该数值为全球最高纯度，并已在相关学术会议上进行报道并获得高度评价。（论文2,3,4）（3）此外，我们使用ELEGANT V对^<100>Mo的双β衰变进行了测量和分析，并确认Majoron我们成功地提供了世界上最严格的一半限制-由于发射而导致的双β衰变寿命（论文1）。（4）为了利用超高纯度闪烁体寻找WIMP，我们考虑了探测器的设计，决定通过堆叠厚度为0.5 mm的超薄NaI（Tl）来组装系统。我们研制出厚度为0.5毫米、直径为5厘米的大面积超薄NaI（Tl）晶体，这是该计划最重要的技术基础。由于NaI（Tl）是一种极其脆的晶体，莫氏硬度为2，因此人们认为不可能生产大面积、超薄的NaI（Tl），但一项正在申请专利的技术使之成为可能。成功生产 NaI (Tl)。 2003年3月29日，日本物理学会年会上报告了确认这种超薄产品性能的结果。（论文4篇，专利1项）