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Development for ultra pure inorganic scintillator with Gadolinium for neutrinoless double beta decay searches

开发含钆的超纯无机闪烁体，用于无中微子双 β 衰变搜索

基本信息

批准号：
21K18625
负责人：
中島康博
金额：
$ 4.16万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ニュートリノが、それ自身の反物質であるというマヨラナ性を持つかどうかは、現在の素粒子物理学に残された重要な未解明の問題の一つである。ニュートリノがマヨラナ性を持つなら、原子核がニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊を起こすと予言されており、様々な原子核を用いたこの事象の探索が世界中で行われている。本研究では、スーパーカミオカンデ・ガドリニウムプロジェクトのために開発した超高純度ガドリニウム精製技術を応用し、ガドリニウムを含んだ高純度無機結晶シンチレーターを開発し、それを用いてガドリニウムの二重ベータ崩壊を探索する。先行研究では結晶中の放射性不純物由来の背景事象により感度が制限されていた。その主要な混入経路は原料であるガドリニウムの精製過程にあると考えられるため、高純度ガドリニウムを原料とすることで背景事象の大幅な低減が期待できる。本研究では高純度原料を使用することで、主要な放射性不純物の量を先行研究に比べて一桁程度低減させた結晶の精製技術を確立させ、ガドリニウムの二重ベータ崩壊を世界最高感度で探索することを目指している。2022年度は、高純度酸化ガドリニウムを用いて作成したGAGG結晶を用い、その光学性能や放射性不純物の含有量の評価を様々な方法で行った。特に、遅延同時計測によるBi214の定量にも成功した。その結果、結晶生成過程や研磨の過程で混入したと思われる放射性不純物が比較的多いことが分かり、今後は結晶作成手法の改善にも取り組んでゆく。これらの結果を、日本物理学会2023年春季大会で報告した。

It is important to understand the problems of particle physics. The nuclear power plant is located in the middle of the world, and the nuclear power plant is located in the middle of the world. In this study, the development of ultra-high purity inorganic crystal purification technology was studied, including the development of high-purity inorganic crystal purification technology, and the exploration of two-phase decomposition of ultra-high purity inorganic crystal purification technology. Background information on the origin of radioactive impurities in crystals was studied in advance. The main raw materials mixed in the process of purification are expected to be greatly reduced in background events. This study aims to explore the use of high-purity raw materials, the amount of major radioactive impurities, the establishment of purification techniques for low-level crystallization, and the development of the world's highest sensitivity. In 2022, the method for evaluating the content of radioactive impurities and the optical properties of GAGG crystals was developed. Special, delay simultaneous measurement of Bi214 and quantitative success As a result, the crystallization process and the grinding process are mixed with radioactive impurities. In the future, the crystallization method is improved. Report of the 2023 Spring Conference of the Japanese Physical Society