極低濃度ラドン測定システムの開発 田阪茂樹，松原正也，中村琢，三輪美代子，渡邉一矢， 関谷洋之A，中野佑樹A，竹内康雄B ，岡澤裕子C 岐阜大，東大宇宙線研A，神戸大理B，静岡福祉大学C ～©SK Radon Group～ 共同利用研究経費 旅費・消耗品：30万円 旅費：岐阜⇔神岡・岐阜⇔柏 消耗品：ラドン計・ロガー製作 東京大学宇宙線研究所 平成26年度 共同利用研究成果発表研究会 2014年12月12日（金曜日） 東京大学宇宙線研究所共同利用研究H20-H26/科学研究費 基盤研究（C）2010-2012 1 「深い地下におけるラドン族の観測」 平成２年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果報告 （１９９０） 平成２年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果報告, ICRR報告９５－９１－６, ２９－３５ 2 研究目的 SK実験のニュートリノ事象の主なバックグランド 純水中ラドン濃度（222Rn）を減らす。解析閾値Ekinを下げる。 １）純水中のラドン測定技術の開発 水中ラドン脱気法 活性炭ラドン吸着法 KAMIOKANDE水中ラドン濃度測定：(1993) 0.51±0.11(Bq/m3) SK水中ラドン濃度測定： 0.1(mBq/m3) ２）新型気液混合器の開発と校正実験 液ガス分散型 電解研磨(表面粗さ0.1μm) ⇒低バックグランド化 ３）純水中ラドン濃度の測定と低減 タンク送水・中心 イベントレイト TASAKA, SASAKI, OKAZAWA,NAKAGAWA Radioisotopes 03/1994;43(3):125 田阪他＠日本物理学会2014年秋季大会（佐賀大学）2014年9月18日に最新データ追加 3 純水中ラドン濃度測定システムの概略図 ２-１）除湿 電子 除湿器 毎分 4.0 L AIR ポンプ ヒーター 制御器 ５）計測 活性炭 ヒーター １時間加熱 +200℃ 脱離率： fd=0.99 １）脱気 ３）吸着 活性炭 ２-２）除湿 エタノール 銅フィラメント -90℃ エタノール 吸着率： -90℃ 毎分 fa=0.99 2.0 L 純水中ラドン濃度測定（ 2014年度） 回数：３４回 連続運転時間：２時間～７.５時間 純空気 G1 高感度 ラドン検出器 ×３台 容積： Vd=0.08m3 ４）脱離 水流量 水温計 水ポ ンプ 新 型 気 液 混 合 器 OD 排水 送水 露点計 流量計 中空糸 膜脱気 装置 送水 真空 ポンプ 10-5Pa 純水装置 ID タンク 中心 純水タンク 4 気液混合器の校正実験（ラドン脱気率Dの測定） 混合前 空気 電離箱 混合後 CwFw+CaFa=Cw’Fw+Ca’Fa 1=D+Cw’/Cw ・・・・・・・・・式① 右辺の第一項:脱気率 Cw 8Bq/L D=R(Ca’-Ca)/Cw R=Fa/Fw 水道水 水中ラドン濃度の算出式 液体シンチ Cw=R(Ca’-Ca)/D・・・・・式② レーション法 放射能保存式 Ca’ （ＬQＳ法） Fa=2(L/min) Fw=4(L/min) 水温：16.2℃ Ca 空気 0.01Bq/L 高感度ラドン 検出器 Cw’ ＬQＳ法：水中ラドン標準測定法 水量：447(mL) シンチレータ量30(mL)：20(mL)分取 バイアル瓶5×2本 ＬQＳ法アナライザー:20分間測定 5 気液混合器の校正実験の結果 実験条件：流量比R=0.5,水温T=16.2(℃) D ラドンの脱気率 1=D + Cw'/Cw D=R(Ca’- Ca)/Cw D=65.4±2.5(%) Cw’/Cw 27-Feb 回 14-Mar 回 20-Mar 15-Apr 回 回 16-Apr 回 実験の回数 前頁の式① 1 = D+Cw’/Cw 脱気率実験値：D = 65.4±2.5 (%) Rとラドン溶解度α(T)より計算した理論値： D(T)=R/(R+α) = 63.2(%), α(T) = 9.12*(273＋T)/(17＋T)*273 6 中空糸膜脱気装置（MD装置）ラドン源 MD装置のEPDMガスケット ラドン散逸率： E=24.5(mBq/m2/h/sheet) MD装置 ガスケットからの純水ラドン Cw=1.0(mBq/m3) MD装置はラドン源である MD装置の空気リーク EPDMガスケット ⇒ MD装置をバイパス 送水のラドン濃度測定 7 Cw 純水中ラドン濃度(mBq/m3) 純水中ラドン濃度の時間変化 MD装置バイパス前 送水 5/22 MD装置バイパス後ラドン濃度は減少 5/01 MD装置 試験バイパス 底部 返水 返水 9.27±0.52 mBq/m3 底部 2.99±0.23 mBq/m3 送水 1.91±0.13 mBq/m3 中心 0.63±0.10 mBq/m3 中心 1/21 3/22 5/21 7/20 9/18 11/17 cts/day/kt/(4.5 – 5.5MeV) タンク底部のイベントレイトの低下 5月22日膜脱気装置バイパス後、イベントレイトは低下 MD装置由来のラドンが純水に溶け込んでいた 5/01 MD装置 試験バイパス 5/01 MD装置 試験バイパス 5/22 MD装置 バイパス 5/22 MD装置 バイパス -12 m < z < -8 m -16 m < z < -12 m 9 まとめ １）純水中極低ラドン濃度の測定技術を確立 ２）新型気液混合器の開発と校正実験 混合器の脱気効率：D=65.4±2.5 (%) ３）ＳＫ純水中のラドン濃度 5月22日中空糸膜脱気(MD)装置をバイパス ⇒純水中ラドン濃度が約1/４に低下 ⇒底部のイベントレイトが低下 （2014年11月現在） 送水： Cｗ=1.91±0.13(mBq/m3) 中心： Cｗ=0.63±0.10(mBq/m3) KAMIOKANDEの約1/1000 10
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