2020 Fiscal Year Research-status Report
暗黒物質探査に特化した究極の電子飛跡型コンプトンカメラの開発
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19K14743
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
加賀谷 美佳 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (10783467)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子飛跡型コンプトンカメラ / SOIピクセル半導体検出器 / MeVガンマ線天文学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、暗黒物質や超新星爆発による元素合成メカニズムの解明など、sub-MeV～MeVガンマ線計測に特化した電子飛跡型コンプトンカメラの開発を目的としている。コンプトンカメラの散乱体にSOIピクセル半導体検出器を利用することで、ラインガンマ線の検出に適した装置の開発が期待できる。令和２年度では、令和元年度で明らかになった素子の深さ方向の検出性能の問題を解決するために新たなコンセプトの散乱体用素子を検討した。単層の素子でも、時間分解能に優れた素子が実現できれば、ピクセルごとの時間差を利用して深さ方向の反跳方向をとらえることができるのではないかと考えており、現在のSOIピクセル半導体検出器の時間分解能の評価および高時間分解能をもつ素子の開発が必要であると考えている。令和２年度では、11月に素子設計を行う機会があったため、電子飛跡型コンプトンカメラ用の素子開発を開始した。今回の素子設計では、ピクセルサイズをこれまで使用していた30μm×30μmから25μm×25μmと一回り小さくすることができた。また、各ピクセルにトリガー回路と時間情報を出力するためのタイムスタンプ回路を実装し、ガンマ線が入射したイベント毎に読出し可能で時間情報も得られるようになった。令和３年度以降で素子の評価を進める予定である。また、吸収層に利用するCdTe半導体検出器の開発として、令和２年度では読出しボードに読み込ませるファームウェアの開発および動作試験を行っており、引き続き進めていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和２年度では素子を設計する機会があったため、予定を変更して素子設計を行った。素子設計はKEKで実施している、MPWランという様々な研究機関および企業との合同での製作となるため、そちらのスケジュールを優先した。素子の設計は本研究では当初予定していなかったが、本研究で目指す電子飛跡型コンプトンカメラに実装する素子の設計を行うことができた。また、吸収層の検出部の政策及び評価も進めているため、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度では、令和２年度で開発したSOI半導体検出器の評価のために、素子と読み出しボードを接続するためのサブボードの作成や、読み出しボードにロードするファームウェアの開発を行う。また、吸収体については、引き続きCdTe半導体検出器のエネルギー分解能やノイズレベルなどの基礎性能の評価に向けた開発として、読出しボードにロードするファームウェアの改良およびCdTe検出器のASIC開発を行う予定である。さらに、令和2年度では新型コロナウィルスの影響により、国際会議の延期や中止があり、発表できなかった内容について、令和３年度で国際会議や国内学会での発表および論文の投稿を検討している。
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| Causes of Carryover |
令和２年度では、素子設計を行う機会があったため素子設計を行ったが、本研究の予算では素子開発の費用が不足するため、研究協力先の予算で素子設計を行った。こちらでは素子の評価を行う際に必要なサブボードの開発を令和２年度で行う予定だったが、素子開発のスケジュールが5月から11月に変更になったため、サブボードの作成が令和３年度に変更になったため次年度使用額が生じている。また、新型コロナウィルス感染症の影響で、予定していた国際会議や学会等が延期・中止になるなど、海外渡航の予定が変更になったことも理由の1つである。サブボード作成は令和３年度で実施する予定である。旅費については、国際会議、国内学会ともに令和３年度もオンライン開催がほとんどであるため、使用しない旅費に関しては物品費など、素子設計やボード開発に必要な環境を整えるなどの用途に変更することを予定している。
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