博士・修士 論文発表会 2022
修士課程２年: 白石 健祐 (KamLAND)
- Feb. 22, 2022
- 研究成果
修士課程２年: 白石 健祐 (KamLAND) 発表：２０２２年１月３１日
『KamLAND2へ向けた光電子増倍管の耐久性の研究』
論文概要
素粒子研究においてニュートリノのマヨラナ性の検証は重要な課題の一つである。ニュートリノがマヨラナ粒子であれば現在発見されているニュートリノが非常に軽いことに対して自然な説明をすることができ、また質量階層構造などの問題にも言及することができる。ニュートリノのマヨラナ性を検証する唯一の現実的手段がニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊（0νββ）の探索実験であり、KamLAND-Zen実験ではXe136をもちいて検証を行っている。さらに現在は検出器の感度向上を目指したKamLAND2が計画されている。
建造から20年経ったKamLANDでは検出器自体にいくつか問題が発生しているが、その中でも最大のものが光電子増倍管(PMT)の低出力化である。PMTは光子を光電効果によって電子に変換し、それを増幅して電圧信号として取り出す装置であるが、現在KamLANDでは出力が通常の0.4倍未満となり解析から外されるPMTの数が増えている。KamLAND2でも同様の問題が発生し長期間の実験を妨げる恐れがあるので、PMTの低出力化の原因を探ることは重要な課題である。
本研究はPMT内のコンデンサに着目した低出力化の原因探求を目的としている。そのためにコンデンサに破壊試験を行い、低出力化PMT内のコンデンサと同様の振る舞いが発生するかを調べた。結果としてはいずれの試験においても、KamLANDにおけるPMTの使用状況を鑑みた現実的な範囲においてはコンデンサの導通には至らないという結論であったが、耐久試験のうちの一つである大光量入射を想定した充放電実験において静電容量の低下というコンデンサの消耗を示す結果や、電圧印加の停止によるコンデンサの一時的な回復というHVサイクルにおける事象に似た結果が見られた。これは充放電によるコンデンサの消耗が低インピーダンス化に関連している可能性を示しており今後更なる検証が求められる。また、本研究を通してKamLAND2のPMTを素子レベルで評価する体制が整ったため、今後はそちらで使用予定のコンデンサや抵抗の耐性確認も行われる予定である。
