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修士論文発表会2020 前村 直哉

『ステレオ撮像による素粒子反応三次元再構成の研究』

修士課程2年 前村 直哉

論文概要

       KamLANDをはじめとした液体シンチレーター検出器は、シンチレーション光を多数の光電子増倍管 (PMT)で観測しています。ニュートリノ観測においては、逆 β 崩壊反応を用いた遅延同時計測法により、強力なバックグラウンド低減能力を持つため、地球・原子炉・宇宙起源といった低エネルギーにも観測感度を持つ特徴があります。その一方で、ニュートリノの到来方向に観測感度を現状持つことができない欠点があります。もし、液体シンチレーター検出器において到来方向感度が向上すると、地球科学の理解が深まり、地球がどのように構成されたかなど、多くの謎に、現在よりも迫ることができると期待されています。

       この問題を解決するために、先行研究により到来方向情報を保存する6Li含有液体シンチレーター (LiLS)を独自の方法で開発されています。この LiLSで遅延同時計測法を行うためには、数cmという位置分解能が要求され、現在の観測方法では、この位置分解能の実現が困難になってました。 この問題の解決案の1つとして、発光位置を『画像』として捉えることで高位置分解能を得るイメージング検出器の開発が行われました。本研究では、小型検出器にイメージング検出器を二方向に配し、30LのLiLSの発光点をステレオ撮像によって撮像することを試みました(ステレオ撮像実験)。

       その中でも本研究では、このステレオ撮像でLiLSの発光点を三次元再構成によって、位置を見積もるツールの開発を行いました。そして、このツールの検証として、 γ 線と β 線の識別(粒子識別)を行いました。これは、目下の利用法の1つであるニュートリノを伴わない二重 β 崩壊(0ν2β崩壊)探索を行うKamLAND-Zen800実験において、主要なバックグラウンドの1つとなる長寿命不安定核との判別において、非常に効果を発揮するからです。本研究のセットアップで導入した結果、0.5MeV∼1.3MeV のイベントを選択したとき、β 線イベントを 90% 取得した場合は、 γ 線イベントを52% 除去することができました。 これは、目標となる 0ν2β 崩壊探索領域(2.35MeV∼2.70MeV)では、更なる光電子数が見込まれることや、入射瞳の改善することにより、識別率はさらに向上すると期待されます。



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