2021 Fiscal Year Research-status Report
低エネルギー宇宙線反陽子の高感度観測による太陽変調研究
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20K14505
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| Research Institution | 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(機構本部施設等) |
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Principal Investigator |
小財 正義 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(機構本部施設等), データサイエンス共同利用基盤施設, 特任研究員 (60781739)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 銀河宇宙線 / 太陽変調 / 反陽子 / 自励振動ヒートパイプ / リチウムドリフト型シリコン検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球近傍や惑星間空間は太陽の勢力範囲「太陽圏」の支配下にある。地球で観測された銀河宇宙線は太陽圏磁場の影響（太陽変調）を受けているため、太陽圏の貴重なプローブとなる。中でも反陽子は、陽子と逆の電荷符号を持つことなどから、太陽圏に関する独自の知見獲得が期待される。
GAPS (General Antiparticle Spectrometer)は次世代型の宇宙線反粒子観測実験である。本研究では、その核心をなすシリコン検出器アレイを中心として開発を進め、低エネルギー反陽子による太陽変調研究を実現する。今年度は検出器冷却システムの開発を進め、さらに検出器量産データの解析成果をまとめた。また、南極周回気球を用いるGAPS実験との連携を目指し、南極昭和基地での宇宙線観測データの解析を進めた。
シリコン検出器の冷却には、低電力・軽量などの特長を持つ新型ヒートパイプの導入を目指している。その運用には、独自の制御・監視システムが必要である。昨年度までの要素技術開発を土台とし、今年度はフライト仕様の電源系や信号処理系の開発を進めた。低温試験や基本動作試験に成功し、今後はより実運用を模擬した環境試験や運用試験を実施する。進捗状況を国内学会で発表した。
GAPS用シリコン検出器は、大口径・厚い有感層などの特長を併せ持つ新型検出器である。昨年度までに、第一回フライトへ向けた大量製造に成功した。それにより蓄積された貴重な製造・性能データを解析し、国際会議で発表した。成果を査読付き論文として学術誌へ投稿した。また、検出器の製造プロセスに関する論文が出版された。
宇宙線の地上観測は、高統計・高時間分解能などの特長を持ち、GAPSのような気球実験とは相補的な役割が期待される。そこで、GAPSとの連携を目指し、南極昭和基地の宇宙線観測データの解析を始めている。大気の影響や太陽圏磁場に連動した変動などの解析成果を国内学会で発表した。
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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
計画以上の進展として、GAPSプロトタイプ機による地上での機能性能実証試験 (GAPS Functional Prototype; GFP) を米国MITにて進めている。特に冷却システムの期待通りの性能を実証することに成功した。現在、検出器の実装を進めており、宇宙線のテスト観測などを行う。GFPで蓄積された運用・テストデータを解析することで、フライトシステムの最適化や、さらなる系統誤差削減が期待される。
その他の進展として、シリコン検出器量産データの詳細な解析を実施し、投稿論文として成果をまとめた。さらに、GAPSとの連携を目指し、南極昭和基地などの宇宙線地上観測のデータ解析を進めている。連携により太陽変調研究をより高精度化できるだけでなく、反陽子による初めての宇宙天気現象の発見なども期待される。
観測データの解析手法の開発や、反陽子の予想感度の数値計算なども共同研究者と共に進めている。
一方で、コロナ禍や世界的な電子部品不足、物流混乱などの影響を受け、フライトシステムの開発・組立はやや遅れている。今年度初めの数か月間、研究代表者が有給の研究ポジションを失ったことも影響している。以上の状況を勘案し、「概ね順調に進展している」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
シリコン検出器の冷却システムなど、観測装置の開発・組立を進める。テストシステムを構築し、真空恒温槽での環境試験や運用試験を行う。周辺機器の担当者と緊密に連携し、電気的・機械的インターフェースも完成させる。米国でのペイロード構築に参加し、担当機器のインテグレーションを進めるとともに、運用方法などのノウハウを共有する。運用手順などのドキュメントの整備も進める。以上により、GAPSペイロードを完成させ、運用体制を整備する。観測データの解析手法の開発も進める。コロナ禍などの影響でフライト時期の見通しが不透明となっているが、チャンスが訪れた際に迅速に対応できるよう、観測システムや運用体制、解析フローを整備する。
GFP試験や地上観測のデータ解析も引き続き推進し、随時成果をまとめて発表する。GFPにより、シリコン検出器アレイやその冷却システムの有用性をデモンストレーションできれば、本研究の成果を最大化できる。また、南極昭和基地などの地上観測データの解析手法を確立し、GAPSとの連携の可能性を提示できれば、将来的な研究の発展へ繋げられる。
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| Causes of Carryover |
現地参加予定であった学会がオンライン開催となったため、次年度使用額が生じた。機材購入による実験作業の効率化や、対外発表の充実化に活用する。
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[Journal Article] Analysis of mass-production data of the GAPS Si(Li) detectors using data-mining methods2021
Author(s)
M. Kozai, K. Tokunaga, H. Fuke, T. Erjavec, C.J. Hailey, C. Kato, N. Madden, K. Munakata, K. Perez, F. Rogers, N. Saffold, Y. Shimizu, M. Xiao
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Journal Title
Proceedings of IEE NSS MIC 2021
Volume: -
Pages: -
Int'l Joint Research
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[Presentation] Analysis of mass-production data of the GAPS Si(Li) detectors using data-mining methods2021
Author(s)
M. Kozai, K. Tokunaga, H. Fuke, T. Erjavec, C.J. Hailey, C. Kato, N. Madden, K. Munakata, K. Perez, F. Rogers, N. Saffold, Y. Shimizu, M. Xiao
Organizer
IEEE NSS MIC 2021
Int'l Joint Research
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