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いざ、天文学の旬なスポットへ!【vol.2ニュートリノ検出器 カムランド】

 

【特集】 

2016年2月16日、神岡鉱山跡の施設見学にいってきました。

ここには、最近の天文学を賑わせているニュートリノや重力波の観測施設が大集合しています。

まさに最新の天文学のホットなスポットなのです!

今回見学したのは、KAGRA(かぐら)、カムランド、スーパーカミオカンデの3つの施設です。

とても貴重な体験となりましたので、3回に分けてレポートをお届けします!

 

 

 Vol.2でお届けするのは、昨年ノーベル賞受賞でも話題になった「ニュートリノ」を検出している実験施設「カムランド」です。カムランドはなんと地元仙台の東北大学が所有する、世界最高水準の施設なのです!とはいっても、ニュートリノって何?という方のために、まずは少しだけご説明しましょう。

 

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▲カムランドの概略図(東北大学ニュートリノ科学研究センターより)

 

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▲このように光電子増倍管が取付けられている

 

 ニュートリノは、物質を構成する最小の単位である素粒子の一つです。今このレポートを読んでいる間にも皆さんの手のひらを1秒間に10億個くらいのニュートリノがすり抜けています。しかし、なかなかつかまえることが難しく、まるで「幽霊粒子」のようと言われています。

 そんなニュートリノを検出するために、ニュートリノが反応するための大量の液体を用意します。大量であれば、ごくごくたまに起こる反応を見つけやすくなるのです。水槽に入れるのは、ニュートリノが反応すると光る液体シンチレーターというもの。発生した光は、水槽の壁面に取付けた「光電子増倍管」という光センサーで何百万倍にも強められた電気信号に変えられます。全部で約1800本もの光センサーが取付けられ、直径18mの球形のタンクが出来上がります。

 

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▲なにやら議論中の皆さん

 

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▲施設内では足元&頭上注意

 

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▲信号線を丸める作業中

 

 さっそく、専用の白衣に着替え、靴を脱ぎ、帽子を被って清潔な状態で施設内に入ります。すると、何やら4人がかりで議論をしながら光センサーの調整をされているようでした。もっと進んでいくと、外水槽に取付けた信号線(黒いケーブル)を2つに分解し丸め直す作業を一生懸命行っていらっしゃいました。この作業はいつも大勢で汗を流して行っているのだそうです。機械的にシステマチックに作業が進められているという勝手なイメージをもっていましたが、やはりここでも、人間が議論し知恵を働かせ汗を流して関わっていることが分かりました。

 

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▲光センサーから色とりどりのケーブルがのびる

 

kagura_02_07.jpg ←電子回路につながれ1秒間に10億回ものデジタル変換をする

 

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▲反応のあった光センサーの位置をパソコン上で知ることができる

 

 見学時、実験は2015年12月に一旦停止中のため、水槽を上から覗くことができ、その後なんと外水槽の中に入ることができました!水槽の球形の一部が見えているのが分かりますか?ふだんは超純水でいっぱいに満たされている外水槽を、上から覗いた様子です。

 

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左)上から覗いた様子  右)外水槽へと続く道

 

 

細い穴を通り抜けるとその先には、圧巻の外水槽がありました!

 

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▲外水槽の底から見上げた様子

 

もともとは水が入っているところなので、水があるときはボートに乗って作業をしていたそうです。現在は水をすべて抜き、足場を組んで作業をしています。足元には少量の水が残っていました。

 

 驚いたのは水槽を支える頑丈な足。上からの重さを支えるのかと思いきや、水を満杯にしたときに浮力で浮いてしまわないための足だそうです。また、表面に白いシートが貼り巡らされているのは、光の反射率を高めるためとのこと。光をキャッチするための工夫が施されていますね。

 

kagura_02_12.jpg ←水槽を支える頑丈な足

 

kagura_02_13.jpg ←表面に貼られた白いシート

 

kagura_02_14.jpg ←作業用のゴムボート

 

 現在、東北大学では「カムランド禅実験(※)」を行っています。キセノン136という物質を世界最大の約300kg使用して、二重ベータ崩壊というものを調べる実験です。訪問時には、キセノン136を回収し純化する作業が行われていました。3交代制で必ず人がついて管理をしているそうです。

 

kagura_02_15.jpg ←キセノン回収装置の入口

 

kagura_02_16.jpg ←この管を高級キセノン136が通る

 

kagura_02_17.jpg ←回収したキセノン136の量をはかる

 

 

 カムランドは、世界最高水準の感度で、未知の粒子の存在を示す微弱な光を捉えようとしています。宇宙誕生の直後に何がおこったのか、地元東北大学の活躍で解明される日も近づいているのかもしれない、と思うとなんだか元気がわいてきますね。これからも、心から応援していきましょう!

 

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※「カムランド禅実験」の詳しい説明はこちら→東北大学ウェブサイト

 

 

★vol.1はこちら→いざ、天文学の旬なスポットへ!【vol.1重力波望遠鏡KAGRA(かぐら)】

 

スタッフ/松田佳奈