High resolution study of MeV gamma-ray flashes from lightning discharges using high-speed semiconductor imagers
Publicly Offered Research
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
21H00166
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中澤 知洋 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (50342621)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | シリコンピクセル検出器 / 雷ガンマ線フラッシュ / MeVガンマ線指向性観測 / 高エネルギー物理学 / 雷ガンマ線 / 半導体検出器 / シリコンプクセル検出器 / 電子飛跡 |
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| Outline of Research at the Start |
雷放電に伴って観測される突発MeVガンマ線は高い光度を持ち、電子が大規模に静電場加速を受けている直接証拠であるが、加速メカニズムはまだ理解されていない。今大事なことは、加速現場の位置を知り、観測の環境を同定することである。しかし極限の高輝度環境の中で~10 MeVガンマ線の入射方向を検知できる装置は既存では存在しない。TimePix3 高速半導体イメージャは、~50 umの精度での3次元トラック能力を有しており、10~MeVガンマ線による電子陽電子対生成をトラックして入射方向を検出できる。その検出方法を確立し、現在北陸に展開中の雷ガンマ線観測装置の小屋にこれを追加して、実観測に臨む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
雷活動に伴って観測されるMeVガンマ線は、自然界で唯一知られている電子が大規模に静電場加速を受けている直接証拠である。雷ガンマ線フラッシュ現象では、30 MeVに達するガンマ線が1uGyを超える大強度で 100 usの短時間に地上に照射される。最新理論では、加速器から100 m 以内では最大1Gyにも達する極めて大強度となる可能性が指摘されており、「どこでどれだけの電子加速が起きている か」を知ることは学術的価値だけでなく、防雷や被曝の観点からも重要である。 本研究では雷ガンマ線フラッシュを撮像してその空間位置を知る新技術の開発を目指している。既存のガンマ線検出器では、大強度の信号は飽和するし、指向性を得られない。そこでピクセル型半導体イメージャtimepix3を用いた電子飛跡計測によって、ガンマ線が産むコンプトン反跳電子や対生成電子の指向性をえてガンマ線の指向性を計測する新しいアプローチを開発した。2021年度は中性子施設KUANSで0.1-8 MeVで雷ガンマ線スペクトルに似せたガンマ線を得られることを確認しtimepix3でガンマ線入射方向を計測できることを原理検証した。2022年度 には、冬季の金沢に設置するための２台目のtimepix検出器を購入し、KUANSでのMeVガンマ線照射試験を色々な方向から実施し、角分解能10度程度という要求を満たすことを確認した、2022年12月から金沢での長期計測を開始し、翌３月まで連続運転に成功した。この中で１回の雷ガンマ線フラッシュの計測にも成功した。このイベントは明るすぎ、timepixの断面積が小さいにもかかわらず、データが飽和してしまっていたが、飛跡を複数捕え、原理的に指向性を得られることを検証でき、この成果は2023年度のJpGU2023年会で発表予定である。今後も設置を継続する予定である
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
