脱励起ラインガンマ線観測で解明する銀河系内宇宙線の起源

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01919
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 片桐 秀明 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (50402764)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村石 浩 北里大学, 医療衛生学部, 准教授 (00365181) ; 加賀谷 美佳 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (10783467) ; 榎本 良治 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (80183755)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ガンマ線 / 宇宙線 / コンプトンカメラ / シンチレーションファイバー / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

銀河系内の宇宙線がどこでどのように加速されているか？という宇宙線起源の問題は、宇宙物理学上の重要な問題である。特に (a)本当に、加速される高エネルギー粒子＝宇宙線（高エネルギーの原子核）なのか？(b) 銀河内宇宙線のエネルギー収支は本当に成り立っているのか？ という核心的な問いは未解明である。これらを明らかにするには、銀河宇宙線のエネルギーの主要な部分を担っている低エネルギーの宇宙線を直接的に探査できればよい。鍵となるのが、低エネルギー宇宙線が星間物質中の原子核を励起した後に生ずる脱励起ラインガンマ線である。本研究では、低エネルギー宇宙線の直接探査が可能な2-10MeVの脱励起ガンマ線に特化した高感度ガンマ線カメラの基礎開発を行い、その有効性を実験的に検証することを目的とする。カメラは研究代表者が考案したシンチレーションファイバーを用いた電子飛跡型コンプトンカメラである。2021年度は、①大型プロトタイプカメラ２号機製作、②既存の小型プロトタイプ１号機による測定と解析手法の開発③検出器シミュレーション、を行った。 ①に関しては、ファイバーからの光を増幅するイメージインテンシファイアの像を撮像するためのCMOSカメラの性能評価（ピクセル毎のノイズレベル、ダイナミックレンジ、外部トリガーによる遅延時間など）を行い、さらにイメージインテンシファイアの簡易動作試験を行った。②③に関しては、まずGAGG(Eu)シンチレーターと組み合わせたコンプトンカメラを構築した。また、実データの解析アルゴリズムを開発するために、Geant4シミュレーターで実機に近い現実的な検出器モデルを構築し、ミューオン事象をもとに簡単な飛跡再構成アルゴリズムを開発した。さらに、環境ミューオンを模擬したシミュレーションを行い、実測と比較することによってエネルギー較正を行う手法を開発し実際に較正を行った。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。