2021 Fiscal Year Annual Research Report
MeVガンマ線宇宙高感度観測を目指した液体アルゴンコンプトンカメラの開発
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20K22355
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
米田 浩基 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (30881867)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | MeVガンマ線天文学 / コンプトン望遠鏡 / 液体アルゴン検出器 / 深層学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙物理学において数百keVから数十MeVのエネルギー帯域は、核ガンマ線や、加速粒子からのシンクロトロン放射を観測できるため、宇宙元素合成の理解や、宇宙粒子加速の研究に欠かすことができない。一方で、この帯域で、これまで到達した感度は、X線やGeVガンマ線に比べると大きく劣っており、高感度MeVガンマ線検出器の開発が必要である。そこで、我々は、液体アルゴンタイムプロジェクションチェンバー (LArTPC)をコンプトンカメラとして用いるMeVガンマ線観測実験GRAMSを立ち上げており、大有効面積による高感度観測を目指している。本研究では、検出器コンセプト実証・気球実験実施に向けた要素技術開発を行う。
2021年度は、昨年度に開発した多重コンプトン散乱イベントの再構成アルゴリズムを、GRAMSで検討しているLArTPCの検出器構成に適用し、シミュレーションデータをもとにその評価を進めた。まず、アルゴリズムは、検出されたイベントが全吸収されたイベントなのか、散乱を繰り返した後、検出器から抜け出たイベントであるかを判定する。その推定精度は、1MeVで75%以上、特に散乱回数が多い場合には、95%と非常に良好な性能を示した。次に、散乱順序の決定精度は、解析上重要な最初から2番目までの散乱ポイントについては、3回反応イベントで40%、8回反応イベントで80%程度の高い精度を得た。さらに、GRAMS実験で想定されるバックグラウンドシミュレーターの開発をし、ガンマ線観測の性能評価を行った。開発したアルゴリズムに基づいた上で、1000 cm2程度の大有効面積が到達可能であることがわかった。これにより、GRAMSの「大型検出器による大統計観測」というコンセプトをより固めることができた。また、LArTPCコンプトンカメラの試作機に向けた、SiPMを用いた光検出器システムの構築も進めた。
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