スーパーカミオカンデちゃん、ガドリニウムおかわり

スーパーカミオカンデちゃん、ニュートリノ検出感度のさらなる向上のためにガドリニウムのおかわりをしました。

これまでのあらまし

岐阜県の神岡の地下でニュートリノの観測を行っている実験装置のスーパーカミオカンデちゃん、2020年の8月頃にニュートリノ検出感度の向上や超新星背景ニュートリノの観測を目指してタンクの水にガドリニウムを加えました。

4コマ：ガドリニウムいれてみました（incl En ver.）

ガドリニウムを追加する

1リットルの超純水に対して0.26グラムの硫酸ガドリニウム8水和物を加えたものをタンクに入れて観測を行ってきましたが、ニュートリノの観測に大事な水の透明度や安全性に問題はなかったので、さらに0.52グラムの硫酸ガドリニウム8水和物を加えることになりました！

とっても少ない量にも思えますが、スーパーカミオカンデちゃんの大きなタンクに入れるとなると、なんと26トンにもなります。これだけの硫酸ガドリニウム8水和物を用意するのも大変だし、それを水に一様に加えるのも大変です。タンクの中でガドリニウムの濃度に偏りがあったら、ニュートリノ観測の感度に偏りができてしまうので大問題になってしまうのです。

具体的にどのようにしてガドリニウムを加えた水をスーパーカミオカンデのタンクに入れていくのか、簡単な図にしてみました。

タンクに入っている水を上から抜き出して、その水にガドリニウムを加えてよく混ぜて、タンクの下の方に静かに戻していきます。こうすることによってタンクの中のガドリニウムの少ない水が、ガドリニウムの多い水にゆっくりと置き換わっていくことになるのです。

ガドリニウムを加えてみよう

ガドリニウムを加える装置の全景

そしてここがスーパーカミオカンデのタンクの水にガドリニウムを加えている現場です！かっこいいので何枚か写真を並べておきます。

実はここ、建設中に一度お伺いしていて、その時の写真もたくさん記事にさせていただいていました。

レポ：神岡のいろいろな360°画像その2

その時とはずいぶんと雰囲気が違っているので、見比べてみると面白いかもしれません。

たくさんの硫酸ガドリニウム8水和物

硫酸ガドリニウム8水和物のはいったたくさんの段ボール — たくさんのダンボールに入ったたくさんの硫酸ガドリニウム8水和物

この段ボール箱の中身が全部、硫酸ガドリニウム8水和物です。これでも数ブロック分はすでに水に加えたので、少し減った状態になっています。

このたくさんの硫酸ガドリニウム8水和物を、人力で送粉機（水に加える前の一時保管場所）に入れます。

水と混ぜる

送粉機に入れられた硫酸ガドリニウム8水和物は一定時間ごとに一定量が写真のこの装置の中に落とされるので、ここにタンクから持ってきた水をすごい勢いで加えてかき混ぜます。

もともとは食品用の装置らしいのですが、ここでは素粒子物理のために働いてもらっています。

そのようにして硫酸ガドリニウム8水和物を加えてかき混ぜた水を、今度はこちらの容器に移してぐるぐるぐるぐると撹拌し続けます。

そして一様にガドリニウムが加えられた水は、スーパーカミオカンデのタンクにゆっくりと戻されていくのです。

ガドリニウムの濃度を確認する

ちなみにガドリニウムがどれだけの濃度で水に加わっているのかは、水の電気伝導度を使って調べています。それそれの地点で、目標のガドリニウム濃度（電気伝導度）になっているか確認しながら作業が進んでいるのです。

もちろんタンクの中に入れられた水の中のガドリニウムが一様になっているかどうかも確認しないといけません。そのためにスーパーカミオカンデのタンクの上にこのような黒いブースが作られています。

黒いブースの中の様子。左手に椅子、中央に丸い蓋、下の箱の中には長いケーブルとサンプリングチューブがあります。

この暗幕で覆われたブースの中からタンクの中からサンプリングチューブを下ろしてその水の電気伝導度を調べ、ガドリニウムの濃度が予定通りになっているのかどうかを確認しています。ブースが暗幕で覆われているのは、スーパーカミオカンデでは現在もニュートリノの観測が行っているため。余計な光が入ってしまうと、ニュートリノが作り出す弱い光が見えなくなってしまいます。（ちなみに赤い光にはフォトマルは感度がないので、このような赤いライトが部屋に設置されています）