Development of the high-sensitivity MeV gamma-ray camera for opening the MeV gamma-ray astronomy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14057
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: Ikeda Tomonori 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD) (90898454)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 暗黒物質 / ガンマ線 / ガス検出器 / コンプトンカメラ

Outline of Final Research Achievements

In the electron tracking Compton-camera (ETCC), there is an issue with the small effective area for gamma rays. We can overcome this issue by using CF4 gas, which has a huge Compton scattering cross-section, in a high-pressure environment for the tracking detector. Therefore, we performed some tests using our specially developed gas imaging detector called the "three-electrode u-PIC" with CF4 gas. We found that even at 1 atm with Ne:CF4 = 1:1, we could get enough gas gain. Also, by applying voltage using the three-electrode u-PIC's electrode structure, the gas gain increased by about three times. Finally, we constructed the ETCC and evaluated the point spread function (PSF) of the 662 keV. The PSF was 21.5 degrees.

Free Research Field

宇宙素粒子物理学実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙MeVガンマ線観測は元素起源と暗黒物質の解明にアクセス可能な重要な観測領域である。 しかし、MeVガンマ線観測は他のエネルギー帯域と比べて非常に遅れており、COMPTEL実験の観測から20年もの間、感度が向上していない。これを解決するためには、コンプトン散乱事象の全ての情報を取得可能な、電子飛跡検出型コンプトンカメラETCCが有用である。本研究成果は、ETCCでも有効面積を拡大することができることを実験的に示した。また、新型の3電極型u-PICによって、さらに高性能な宇宙MeVガンマ線望遠鏡が開発できる指針を与える重要な結果となっている。