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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

Research Project

Project/Area Number 20K22355
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

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)

Project Period (FY) 2020-09-11 – 2022-03-31
KeywordsMeV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
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。

  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Tomographic Imaging by a Si/CdTe Compton Camera for 111In and 131I Radionuclides2022

    • Author(s)
      Yabu Goro、Yoneda Hiroki、Orita Tadashi、Takeda Shin'ichiro、Caradonna Pietro、Takahashi Tadayuki、Watanabe Shin、Moriyama Fumiki
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences

      Volume: 6 Pages: 592~600

    • DOI

      10.1109/TRPMS.2021.3104665

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cross-match between the Latest Swift-BAT and Fermi-LAT Catalogs2021

    • Author(s)
      Tsuji Naomi、Yoneda Hiroki、Inoue Yoshiyuki、Aramaki Tsuguo、Karagiorgi Georgia、Mukherjee Reshmi、Odaka Hirokazu
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 916 Pages: 28~28

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0341

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Broadband High-energy Emission of the Gamma-Ray Binary System LS 5039: Spectral and Temporal Features Using NuSTAR and Fermi Observations2021

    • Author(s)
      Yoneda Hiroki、Khangulyan Dmitry、Enoto Teruaki、Makishima Kazuo、Mine Kairi、Mizuno Tsunefumi、Takahashi Tadayuki
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 917 Pages: 90~90

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0ae1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] GRAMS計画 4: MeVカンマ線観測・タークマター探索気球実験2022

    • Author(s)
      米田浩基
    • Organizer
      日本天文学会 2022年春季年会
  • [Presentation] MeVカンマ線宇宙観測の展望と要求されるテータ解析2022

    • Author(s)
      米田浩基
    • Organizer
      データサイエンス的手法により探求する天文学
  • [Presentation] GRAMS実験 8: ステータス報告2022

    • Author(s)
      小高裕和
    • Organizer
      日本物理学会 年次大会
  • [Presentation] Mystery of the strong MeV gamma-ray emission from gamma-ray binary systems― magnetars in disguise?2021

    • Author(s)
      Hiroki Yoneda
    • Organizer
      Serminar at Ben-Gurion University of the Negev
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mystery of the strong MeV gamma-ray emission from gamma-ray binary systems― magnetars in disguise?2021

    • Author(s)
      Hiroki Yoneda
    • Organizer
      Serminar at Institute of Astronomy of Russian Academy of Sciences
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spectral and temporal analysis of the gamma-ray binary LS 5039 with Fermi Suzaku and NuSTAR2021

    • Author(s)
      Hiroki Yoneda
    • Organizer
      INTEGRAL: towards the third decade of X and Gamma ray observations
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effcient electron acceleration in compact binary systems2021

    • Author(s)
      Hiroki Yoneda
    • Organizer
      Particle Acceleration in Solar Flares and the Plasma Universe -- Deciphering its features under magnetic reconnection
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] GRAMS実験 5: 全体報告2021

    • Author(s)
      小高裕和
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
  • [Presentation] GRAMS実験 6: マルチタスク深層学習によるイベント再構成手法の開発2021

    • Author(s)
      高嶋聡
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
  • [Presentation] GRAMS実験 7: 液体アルゴンTPCにおける光子・電子信号のエネルギー分解能測定2021

    • Author(s)
      青山一天
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
  • [Presentation] GRAMS計画 3: MeV ガンマ線観測・ダークマター探索気球実験2021

    • Author(s)
      一戸悠人
    • Organizer
      日本天文学会 2021年秋季年会
  • [Remarks] 秒速で電子をほとんど光速まで加速する連星系 - 超強磁場中性子星がその黒幕?

    • URL

      https://academist-cf.com/journal/?p=16177

URL: 

Published: 2022-12-28  

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