精密光学測定との融合による超高速応答性をもったガンマ線検出方法の開拓

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K18772
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 国分 紀秀 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50334248)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: ガンマ線 / 電気光学効果 / 超高速

Outline of Annual Research Achievements

本提案ではフェムト秒オーダーに至る、超高速応答性をもった革新的なガンマ線検出器の実現に向けた先駆的探索として、電気光学効果を介したガンマ線の検出によって、可視光から赤外線帯域で実現されている精密光学計測と融合させるための原理実証実験を行う。電気光学効果とは、一般的には物質に対して電場をかけるとその強さに応じた複屈折率の変化を示す現象である。ガンマ線が電圧を印加された電気光学素子の内部で反応した時に生成された2次電子群によって内部電場が局所的に変化し、複屈折率も変動を示すことが予想される。そこで、あらかじめ偏光ビームをプローブとして素子に入射させ、光学軸からの角度に対応した屈折率によって素子内部で折り返されてくる出射光を集光するような光学系を構築しておくことで、ガンマ線反応に対応した素子内部の変動を検出することを試みる。本年度は原理実証実験に向けて必要な電気光学素子の設計に着手し、有限要素法を用いた汎用物理シミュレーションツールを整備して事前計算を行った。実験で使用するための光源となる半導体レーザーおよびその駆動回路系、空間光学系に必要な機材などを調達することで実験の準備をほぼ完了した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定では本年度中に測定に着手する予定であったが、海外における類似研究の進展などを踏まえて、実験に使用する電気光学素子の選定や、構築する光学系などの再検討が必要となったため、当初の予定よりやや遅れて進行している。

Strategy for Future Research Activity

引き続き事前のコンピューターシミュレーションによる見積もりを進めると並行して、電気光学素子を用いた測定を開始する。前例のない実験であるため、まずは宇宙線などエネルギーが大きなイベントを用いて、基礎的な特性の取得から行い、レーザー光の強度変動、変調、偏光などの時間的な変化の検出を試みる。その後、実際の放射線源を用いた性能評価を行って成果をまとめる。

Causes of Carryover

当初の計画では、2018年度内に実験用の電気光学素子の選定と設計を完了して購入する予定であったが、海外での類似研究の結果を踏まえて設計変更を行う必要が生じたため、計画を少し後ろ倒しにして次年度の購入としたため、次年度使用額が発生した。翌年度については、計画の最終年度であることからも、全ての助成金を使用して実験に必要な資材を調達して実験を完了させる予定である。