ジルコニウム９６を用いたニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊事象の探索 XIV～ZICOS用液体シンチレータのエネルギー分解能測定～

Supported by Grant-in-Aid for Scientific Research (c) 18K03664 and Grant-in-Aid for

Scientific Research on Innovative Areas 19H05093

日本物理学会 2019年秋季大会
山形大学小石川キャンパス
2019年9月18日
宮城教育大学教育学部

福田善之、安齊太亮*、亀井雄斗*、
那仁格日楽＊、小畑 旭*（＊は卒業生）
東京大学宇宙線研究所
森山茂栄、平出克樹
福井大学工学部
小川 泉
東京理科大学理工学部
郡司天博、塚田 学、速水良平
東北大学金属材料研究所 黒澤俊介

発表の内容••••••残念なお知らせ
これまでの測定60％集光率のライトガイドの作成
新規シンチレータサンプルの調製とセットアップ
測定結果
今後の計画

残念なお知らせ
ＤＡＱ用コンピュータのハードディスクが壊れたため、立ち上がらなくなり、現状ではエネルギー分解能の測定ができなくなった。（しかし、パルス波形観測は別のセットアップなので稼働中である）
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2019年9月18日

2Zr(iPrac)4 を溶解させたZICOS用液体シンチレータ
Zr(CH3COCHCOOCH(CH3)2)4= Zr(iPrac)4mw : 663.87

Zr(iprac)4 2242mg, PPO
999mg and POPOP 10mg
solved in 20mL Anisole> 70g/L of Zirconium could be solved in anisole.
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2019年9月18日

3

Zr(iPrac)4 とPPOの吸光度波長依存性
Absorption peaks ofZr(iPrac)4 and PPO
found around at 278nm
and 310nm, respectively.
.

PPO may cover theemission of Anisole, inspite of absorption ofZr(iPrac)4.
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2019年9月18日

4PPO濃度による光量の回復（2015年）
Measured at several conditions of PPO concentration
5wt.% PPO helps
actually recovering thescintillation light yield.

48.7±7.1% light yield
to standard cocktail
was obtained at
10wt.% concentration.
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5PPO濃度によるエネルギー分解能の改善
Measured at several conditions of PPO concentration
5wt.% PPO helps again
the energy resolution
35% → 13%. at 10wt.%
of Zr(iprac)4.
13.0±2.0%√(64%/9.2%)X(3.35MeV/1.03MeV)= 2.7±0.4% at 3.35MeVwith 64% photocoverageAlmost achieved goal !
(not confirmed yet)
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620mLバイアルによるエネルギー分解能の測定

𝜎𝜎= 0.142
𝐸𝐸

NaI detector
60Co source

2013~2015
Liquid scintillator

𝜎𝜎= 0.129
𝐸𝐸(𝐸𝐸 = 1.02MeV)

PMT

集光率～8％の測定
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7

６０％集光率のライトガイドの作成

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8作成した60％集光用ライトガイド

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9新規サンプルの調製と測定のセットアップ

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1010MBq 60Coガンマ線源による観測（1）
2PMT

4PMT
𝜎𝜎= 0.156
𝐸𝐸

BS γ6db𝜎𝜎= 0.182
𝐸𝐸

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𝜎𝜎= 0.180𝐸𝐸

𝜎𝜎= 0.147
𝐸𝐸

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1110MBq 60Coガンマ線源による観測（2）旧セットアップ＋グリース
𝜎𝜎= 0.179
𝐸𝐸

𝜎𝜎= 0.180
𝐸𝐸±0.012

𝜎𝜎= 0.214
𝐸𝐸±0.014

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𝜎𝜎= 0.172
𝐸𝐸

𝜎𝜎= 0.220
𝐸𝐸±0.013

𝜎𝜎= 0.191
𝐸𝐸±0.009

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1210MBq 60Coガンマ線源による観測（3）𝜎𝜎= 0.176
𝐸𝐸
𝜎𝜎= 0.317
𝐸𝐸

𝜎𝜎= 0.324
𝐸𝐸
𝜎𝜎= 0.210
𝐸𝐸
𝜎𝜎= 0.173
𝐸𝐸
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1. 以前のデータを再現できない？（元々18％だったのか？）
2. 60％集光率のライトガイドでは、手前2本のＰＭＴの分解能が約30％と悪い
3. 奥のＰＭＴの分解能はそれほど悪くない
4. 底面は光量も多く分解能も悪くない（距離が近い？）
5. 再測定が必要
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13エネルギー分解能測定のまとめ• 10MBqの60Co線源を用いるため、放射線管理区域内でセットアップを行った。
• 新規に60％集光率のライトガイドを作成した。
• 新規ライトガイド用の液体シンチレータサンプル（PhOMe：120mL Zr(iPrac)4：13.3g PPO： 7.2g
POPOP： 1200mg)を調製した。
• 旧型ライトガイドの測定ではエネルギー分解能が18％となり、以前のデータを再現できない？（元々18%程度だった可能性）• 60％集光率のライトガイドでは、手前の2本のＰＭＴ（Ｎｏ１を含む）の分解能が約30％と悪く、正しいエネルギー分解能が測定できていない。
• ＤＡＱ用コンピュータを修理し、再測定が必要。
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今後の計画（1）シンチレーション光とチェレンコフ光の平均波形分布差によるパルス波形分別法を開発（今年度）• シンチレーション光の上
昇時間は1.2nsec• チェレンコフ光の上昇時間は0.6nsec（ここで上昇時間とは、最大値の1/e倍に達する時間）• 0.5nsecの時間幅だと、最初の4binで勝負！
0.5nsecの時間分解能のV1751を用いたチェレンコフ光によるパルス波形分別法を開発
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15

今後の計画（2）位相幾何学情報の測定（来年度）• Measurement of averaged angle by HUNI-ZICOS

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16

今後の計画（3）位相幾何学情報を用いたβγ事象の除去率の測定（fundされれば、2021年度）• Direct reduction for βγ events by UNI-ZICOS

ThO2

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物理測定
① ZICOS-I （２０２２～２６）• 2”PMT proto-type detector（R~35cm)• 6.5kg Zr(iPrac)4 ~80g of 96Zr（Nat.）• Use water tank (which available in Kamioka?)2𝜈𝜈• 96Zr 2νββ measurement 𝑇𝑇1/2~2.1x1019y0𝜈𝜈
> 9.1 × 1021 y• 96Zr 0νββ update NEMO3 𝑇𝑇1/2② ZICOS-II（２０２７～）0𝜈𝜈>1027years : mν~3meV• Goal :𝑇𝑇1/2• Need radisu10m water tank! In Kamioka mine
• Need first timing (rise time 0.3ns) 20” PMT• 96Zr enriched Zr(iPrac)4 (lazer/electric/cenrehuge)• Total budget (10M$~100M$ depends on enrich）• Need other physics such as Astro-particle.
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18BACKUP

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1996Zrを用いたニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊

事象探索実験-ZICOS実験
Liquid Scintillator：(1) 10 wt.% Zr(iprac)4 loaded inanisole(2) 2.5% at 3.35MeV of energy
resolution with 64% photo
coverage and long attenuation
length.

3.5m

Pure water surrounding innerdetector in order to veto muons andexternal backgrounds.
Inner detector with ~64% photo
coverage 20” PMT including 1.7ton
Zirconium loaded 113 tons LS in
fiducial volume. (Total vol. : 180tons)
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10m
10m

目的
① 0νββ事象の観測② 複数の原子核による観測で核行列要素の不定性を抑える
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