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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0291/
• 关键词: ナノ粒子; シンチレータ; 有機無機ハイブリッド; ニュートリノ; 波形弁別

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。

This study で は, double beta collapse 壊 exploration be 験 の new rules 検 extractor open 発 に to け て, そ の double beta collapse 壊 の radiation source と な る amount of more than 96 zr を に loaded lotus し た liquid シ ン チ レ ー タ の open 発 を purpose と し て い る. When the line source の lotus gimmick と し て は ZrO2 ナ の ノ particles dispersed を case し, 亜 / supercritical hydrothermal プ ロ セ ス に よ っ て surface organic modification に が shi さ れ た ZrO2 ナ ノ particle を synthetic す る こ と に よ っ て, liquid シ ン チ レ ー タ へ の high dispersion が may な ナ の ノ particles of synthetic プ ロ セ ス の open 発 を line っ て い る. Special に の research this year に お い て は, liquid シ ン チ レ ー タ の principal component と な る ト ル エ ン へ の, ナ high concentration の ノ particles dispersed の reached の た め に, appropriate な organic modified を build す る こ と に note force し た. Classic な solvent/solute is の thermodynamics パ ラ メ ー タ に base づ い て modified organic molecules を selected す る こ と に よ り, ト ル エ ン へ の ナ の ノ particles dispersed が may に な る こ と が shown さ れ た. ま た, long に, molecular lock の さ の different な る modification molecular を し て modified す る こ と に よ り, こ の dispersion concentration が play に upward す る こ と が.at し, our ま で に 1 wt % ま で を の Zr concentration reached す る こ と に successful し た. Party で, ナ ノ particle の agglutination や not reverse 応 の modified tonic の residual も の issues such as residual さ れ て お り, more な る synthetic プ ロ セ ス の improving が requirement さ れ る. し か し で, こ れ ら の subject は ナ の ノ particle dispersion や liquid シ ン チ レ ー タ の performance に straight knot す る factor で あ り, こ れ ら の improve に successful し た interstate に は, 従 を の compounds dissolve し た is the most largest を き く る last time line source の add が be presently す る こ と が to see さ れ る. Party で, double beta collapse 壊 exploration be 験 に お い て は, liquid シ ン チ レ ー タ の Gao Gan degree melts が be 験 の into no に large き く masato even す る と さ れ て お り, そ の た め の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド の の removal technology of probabilistic も important visual さ れ て い る. そ こ で, written と は の, Li を loaded lotus し た liquid シ ン チ レ ー タ を with い て in temper の signal か ら gamma line の バ ッ ク グ ラ ウ ン ド を remove す る be 験 も parallel し て line っ た. Wound up molecular の physical chemistry プ ロ セ ス に with mesh し て material design line を う こ と に よ り, temper と gamma line の signal を chemical don't す る こ と に successful し た.

项目成果

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

• 发表时间: 2022
• 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）

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

• 发表时间: 2023
• 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

• 发表时间: 2022
• 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

液体シンチレータへの高濃度装荷を企図した二種分子修飾ZrO2ナノ粒子の合成および修飾分子の探索

双修饰ZrO2纳米颗粒的合成及寻找高浓度负载液体闪烁体的修饰分子

• 发表时间: 2022
• 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