インジウム錯体を用いた太陽ニュートリノ観測用液体シンチレータの開発
日本物理学会 第６５回年次大会
２０１０年３月２２日
宮城教育大学 福田善之、笠井香代子
東大宇宙線研 森山茂栄Motivation
Allowed region obtained bycombined results and KamLAND

Survival probability for solar
matter oscillation below 1MeV
Y.Suzuki@Neutrino2004

Neutrino energy
mixing angle θ12 is not well determined compared with θ23 obtained by Atm. ν.
Survival probability could increase at 5MeV or less in case of LMA solution,and the value of probability depends on θ12.
pp/7Be solar neutrino spectrum gives us precise θ 12
2010年3月22日日本物理学会 第６５回年次大会

Capture of low energy solar neutrinos by 115In
Nuclear Physics A 748 (2005) 333-347

R.S.Raghavan Phs.Rev.Lett37(1976)259

νe → 115Sn* + e115Sn*(4.76µs) → 115Sn +γ1(115keV) + γ 2(497keV)
115In +

● Advantage
・ large cross section (~640SNU)
・ direct counting for solar neutrinos
・ sensitive to low energy region(Eν ≧ 125keV)・ energy measurement (Ee = Eν － 125keV)・ triple fold coincidence to extract neutrinosignal from huge BG (e1 +γ2 + γ3 )● Disadvantage
・ natural β-decay of 115In(τ1/2 = 4.4 × 1014 yr , Ee≧498keV)・ possible BG due to correlated
coincidence by radiative Bremsstrahlung

Requirement for the detector

1.
2.
3.
4.

Good energy resolution : 10%(FWHM) → high light yield (BC505: 60%)
Fine segmentation (104-105) or fine vertex resolution
High efficiency γ detection
Low Backgrounds → small detector (solubility : 5wt%)

2010年3月22日

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Indium loaded Liquid scintillator
CH3 LENSOIn3+

OCH3

1.

3ジケトン錯体
2.

カルボン酸インジウム（In(RCOO)3） をシュードクメンに8wt%（BC505
比 55%、透過長8m）
ジケトン錯体をアニソー
ルに10wt%以上を溶解(Chem. Phys. Lett., 435(2007), 252)

錯体の吸収とアニソールの発光帯が重なり機能が低下
2010年3月22日

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Liquid scintillator using Indium complex
 Indium complex

AlQ3 has beentris(8-quinolinolate) established as Organic
Electro Luminescenceindium (InQ3)
material (@~530nm)
 InQ3 should also have aproperty of luminescencewith same range WS

molecular mass : 542.78
2010年3月22日

It will be used for
fluorescent object andhelp for light yield

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Synthesis of InQ3

2010年3月22日

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Luminescence of InQ3 complex
 Measurement ofphoto luminescence Device : HORIBAHORIBA FluoroMax-4 (宮城教育大学 村松研究室所有）

Excitation wave length (nm)FluoroMax-4
 Solvent : Toluene
 Concentration : 10-4
 Max. excitation
wavelength : 320nm
 Max. luminescencewavelength : 560nm

Luminescence wave length (nm)2010年3月22日

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Solution on InQ3 in organic solvent
 InQ3 dissolved insome organic
solvents with ~1%
 Benzonitrile(PhCN: C6H5CN)
density 1.0g/mL
flash point 75℃ Acetophenone(PhCOCH3)
 benzyl alcohol(PhCH2OH)
2010年3月22日

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Light absorption and fluorescence
http://omlc.ogi.edu/spectra/PhotochemCAD/html/naphthalene.html

Transparency ~54cm @ 558nm

2010年3月22日

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DAQ setup
 Photomultiplier :H3167 (400K)
 VME ADC: Lecroy1182
 High voltage :Repic RPH-032
 Photocathoderadiant sensitivity :30mA/W @ 291nm
60mA/W @ 330nm
40mA/W @ 560nm
2010年3月22日

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Spectrum of γ’s for several solutions
InQ3 (20mg) +Naphthalen(0.3g) in PhCN

Fuji-film SC-48 (λ > 520nm)
400nm

500nm

600nm

100%

50%

Photo luminescence due to γ radiation was confirmed
2010年3月22日

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Concentration dependencen= f × ρ ×σn : number of events f : photon flux ρ : number of InQ3
molecular in 20mL σ : cross section of photon absorption
Linearity could be continued until ~0.75%, but saturation might occur
above a few %2010年3月22日

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Light yield and Quantum yield
BC-505 (4 times scale)

Quantum yield for InQ3
Φ=0.92Φ=1.0

Relative yield : 10%2010年3月22日

Φ=1.0

Quantum yield : ~1.0

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Results
 tris(8-quinolinolate) indium complex (InQ3) loaded

liquid scintillator was made by PhCN as solvent andNaphthalen as fluorescent object.
 InQ3 has photo luminescence for the γ radiation.
 Transparency : ~54cm @ 558nm (1~2% dissolution)
 Light yield relative to BC505 : 10%
 Quantum yield : ~1.0
 First step for development of indium complex loaded
liquid scintillator was successful.
 Next step : more light yield, solubility andtransparency to modify complex
2010年3月22日

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Spectrum of γ’s for several solutions
PhCN only

2010年3月22日

Naphthalen (0.3g) in PhCN

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