Development of an ultimate electron-tracking Compton camera to search of dark matter

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14743
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: Kagaya Mika 仙台高等専門学校, 総合工学科, 助教 (10783467)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: Sub-MeVガンマ線 / 電子飛跡検出型コンプトンカメラ / SOIピクセル半導体検出器

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to develop an electron track Compton camera specialized for the measurement of sub-MeV to MeV gamma rays. We developed a prototype Compton camera using an SOI pixel semiconductor detector, which were developed by Kyoto University for X-ray observation. We evaluated the detection performance of recoiled electron tracks.
In the measurement tests using 511 keV gamma rays, we succeeded to estimate a gamma-ray source position when the electrons recoil along the surface of the sensor. However, when the electrons recoil at an angle in the direction of the depth of the sensor, the reconstruction did not work well. From these results, we discussed the concept of a suitable sensor for an electron tracking Compton camera, and we have been developing a novel sensor.

Free Research Field

素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で狙っているSub-MeV～MeVのエネルギー領域は、宇宙線と装置との相互作用によって内部で発生するガンマ線などの影響によりバックグラウンドが多いことが問題となっている。これらの問題に対して、コンプトン散乱による反跳電子の飛跡を検出することでバックグラウンドの低減を試みる。この技術を用いた宇宙観測が実現できれば、これまで観測感度が低かったエネルギー領域での高感度観測により、新たな観測結果を得られる可能性がある。また、このガンマ線可視化技術は、福島第一原発事故による放射能汚染地域の環境モニタリングや、核医学施設における核医学診断等など様々な分野で応用することができるという社会的意義がある。