衛星軌道からの最高エネルギー宇宙線観測のための焦点面検出器の基礎研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340084
• Research Institution: RJKEN(The Institute of Physics and Chemical Research)
• Principal Investigator: 清水 裕彦 独立行政法人理化学研究所, イメージ情報研究ユニット, 研究ユニットリーダー (50249900)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 滝澤 慶之 独立行政法人理化学研究所, イメージ情報研究ユニット, 協力研究員 (70312246) ; 榊 直人 独立行政法人理化学研究所, 計算宇宙物理研究室, 協力研究員 (90342790) ; 川崎 賀也 独立行政法人理化学研究所, 計算宇宙物理研究室, 基礎科学特別研究員 (70344033) ; 井上 直也 埼玉大学, 理学部, 助教授 (40168456) ; 戎崎 俊一 独立行政法人理化学研究所, 計算宇宙物理研究室, 主任研究員 (10183021)
• Keywords: 宇宙線 / 最高エネルギー / 光電子倍増管 / 宇宙物理

Research Abstract

EUSO望遠鏡では直径2.5mの両面フレネルレンズ2枚を用いた光学系で、その焦点面は曲面で視野角60°の領域で0.1°の角度分解能が得られる。0.1°に対応する焦点面上の距離はおよそ4mmでこれをマルチアノード光電子増倍管で覆う。
本研究においてはマクロセルと呼んでいる光電子増倍管36本からなる焦点面検出器モジュールを開発と評価を行う。市販されている8×8ピクセルのマルチアノード光電子増倍管が候補にあげられていたが、その有感領域は中心部に集まっており、EUSOの焦点面検出器のように並べて面を構成する際には約45%という有感領域率の低く、この大きな不感領域のために、一様な有感領域が作れないことや、空気シャワーイメージが連続した像にならないことが問題であった。
これらの問題を解決するためにマルチアノード光電子増倍管の光電面と初段ダイノードの間に電子収束機能を採用した弱電子収束型マルチアノード光電子増倍管の開発を行った。まず4×4チャンネルのものを試作し、その性能を評価したところ、期待通り有感領域率が約85%であることが確認できた。光電子収束時の位置情報のずれもそれほど大きくなく、十分実用に耐えることが確認できた。この4×4チャンネルの光電子増倍管の場合、1ピクセルは約6mm角で、EUSO望遠鏡に必要とされる角度分解能に到達できない。そこで、アノード分割数を増やしたタイプ(5×5、6×6)の試作も行った。これらも期待通りの基本性能を示した。この結果、6×6分割のものをEUSO焦点面検出器の基礎設計に採用された。
また、約15%の不感領域を無くすために、紫外透過フィルターを用いたライトガイドの検討をおこなった。表面反射防止処理を施したテーパー型の紫外透過フィルターを光電子増倍管の前面に取り付けることで、EUSO光学系において、95%以上の有効感度領域率を達成できることが判った。

Research Products

• [Publications] H.M.Shimizu, etc: "The Focal Surface of EUSO Telescope"Proceedings of 28th ICRC Tsukuba. 2. 923-926 (2003)
• [Publications] N.Sakaki, etc: "Development of Multi-Anode Photomultipliers for the EUSO Focal Surface Detector"Proceedings of 28th ICRC Tsukuba. 2. 931-934 (2003)
• [Publications] M.Takeda, etc: "Study on Wavelength Shifters and Multilayer Half-Mirror for High-QE PMT"Proceedings of 28th ICRC Tsukuba. 2. 857-860 (2003)
• [Publications] H.M.Shimizu, etc: "EUSO Ditector"Proceedings of the International Workshop on Extremely High-Enerigy Cosmic Ray. 135-144 (2003)