二重電子捕獲及び暗黒物質探索に向けたヨウ化ストロンチウム検出器の開発研究

本研究では、ヨウ化ストロンチウム結晶を用いた検出器のための開発研究を行う。ストロンチウム中には二重電子捕獲を起こす原子核、Sr-84が自然存在比で0.56%含まれている。また、ヨウ化ストロンチウム結晶はヨウ化ナトリウム結晶の2倍以上の発光量を持つとされており、二重電子捕獲/暗黒物質探索実験の新しいアプローチとして期待できる。初年度は、神岡地下実験施設にあるGe検出器を用いて結晶に含まれる放射性不純物量の測定を行った。使用している結晶は、直径3.81cm、高さ3.81cmの円柱型で、東北大学金属材料研究所で製作されたものである。結晶には強い潮解性があるため、アルミでできたハウジングを使用している。解析結果から、ウラン系列、トリウム系列の不純物量が予想していたより多かったため、今後、ハウジングの部材選定や、結晶に含まれる放射性不純物量見積のスタディを進める予定である。また、結晶原料の純化方法についても検討する。ニュートリノを伴わない二重電子捕獲では、1.78MeV付近のガンマ線が放出される。Ge検出器で取得したデータを確認すると、この領域ではバックグラウンド量が少なく、先行実験より感度を得られそうであるため、より解析を進め、論文にまとめられないか検討している。また、Kr-84の励起状態への崩壊についても解析を進めている。その他、基本的性能評価のため、光電子増倍管を用いて、発光量、エネルギー分解能評価を行うための実験セットアップおよびデータ取得システムの構築を行った。現在データ取得を行っており、今後、これらのデータを解析しまとめていく予定である。

本研究では、ヨウ化ストロンチウム結晶を用いた検出器のための開発研究を行う。ストロンチウム中には二重電子捕獲を起こす原子核、Sr-84が自然存在比で0.56%含まれている。また、ヨウ化ストロンチウム結晶はヨウ化ナトリウム結晶の2倍以上の発光量を持つとされており、二重電子捕獲/暗黒物質探索実験の新しいアプローチとして期待できる。初年度は、神岡地下実験施設にあるGe検出器を用いて結晶に含まれる放射性不純物量の測定を行った。使用している結晶は、直径3.81cm、高さ3.81cmの円柱型で、東北大学金属材料研究所で製作されたものである。結晶には強い潮解性があるため、アルミでできたハウジングを使用している。解析結果から、ウラン系列、トリウム系列の不純物量が予想していたより多かったため、今後、ハウジングの部材選定や、結晶に含まれる放射性不純物量見積のスタディを進める予定である。また、結晶原料の純化方法についても検討する。ニュートリノを伴わない二重電子捕獲では、1.78MeV付近のガンマ線が放出される。Ge検出器で取得したデータを確認すると、この領域ではバックグラウンド量が少なく、先行実験より感度を得られそうであるため、より解析を進め、論文にまとめられないか検討している。また、Kr-84の励起状態への崩壊についても解析を進めている。その他、基本的性能評価のため、光電子増倍管を用いて、発光量、エネルギー分解能評価を行うための実験セットアップおよびデータ取得システムの構築を行った。現在データ取得を行っており、今後、これらのデータを解析しまとめていく予定である。