2022 Fiscal Year Research-status Report
Elucidating the origin of heavy elements by a space-based gamma-ray detector using liquid argon
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22K18277
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小高 裕和 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (50610820)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一戸 悠人 立教大学, 理学部, 助教 (30792519)
井上 芳幸 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70733989)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2028-03-31
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| Keywords | MeVガンマ線 / 重元素合成 / コンプトン望遠鏡 / 連星中性子星合体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、超新星や連星中性子星合体などの重元素合成の有力候補サイトからの微弱な核ガンマ線を捉えることができる高感度ガンマ線望遠鏡を開発することである。そのために、液体アルゴンを検出器媒体に用いた新しい概念に基づくガンマ線コンプトン望遠鏡を、素粒子物理実験で実用化された技術を基盤として構築し、さらにそれを人工衛星に搭載する技術の開発を目指している。
２０２２年度は、世界初の液体アルゴンを利用したコンプトン望遠鏡の実証機の開発を目指して、地上試験用の液体アルゴンクライオスタットの設計と液体アルゴン中に沈めるコンプトン望遠鏡の設計、その主要コンポーネントの試作を行った。コンプトン望遠鏡におけるガンマ線の検出情報は励起したアルゴンのシンチレーション光およびアルゴンから電離した電子の読み出しによって得られる。シンチレーション光検出器として光電子増倍管とSiPM検出器を想定し、読み出しアンプおよびデータ処理システムの開発を行った。電離電子の高精度測定のために、陽極分割電極や読み出しアンプ基板の試作を実施した。
コンプトン望遠鏡実証機の開発と並行して、サイエンス観測計画の立案のための全天シミュレーションモデルを構築している。このモデルを用いてMeVガンマ線天文学の重要ターゲットとなりうるMeVガンマ線銀河面放射についての研究を進め、COMPTEL超過と呼ばれる放射成分の起源について議論した。また、液体アルゴン検出器を飛翔体搭載へと対応させるため、JAXA国内気球実験の準備を進めている。
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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
本研究は世界初の液体アルゴンを用いた大面積ガンマ線検出器の実現という挑戦的なテーマに取り組んでいる。そのために必要な開発項目を整理し、現在はその第一歩となる次の３つの課題を進めてきた：(1) 小型かつ高性能のコンプトン望遠鏡実証機の設計、(2) 最小構成のアルゴン検出器気球搭載試験、(3) 全天MeVガンマ線放射モデルに基づくサイエンス計画の立案。(1)について、概ね予定通り、全体設計を完了し、一部のコンポーネントについては試作を進めることができた。(2) についてはJAXA国内気球実験に採択され、準備を進めることができ、当初計画よりも進展していると言える。(3) についてもサイエンスの計画立案のためのシミュレーションモデルの構築を進めており、概ね順調だと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２３年度は計画２年目であり、１年目の課題項目を継続する。全て順調に進展しているので、研究の方策に変化はない。地上実証のためのコンプトン望遠鏡の製作およびアルゴン検出器の飛翔体対応に向けたJAXA国内気球実験については、整備投資や装置の製作費用の支出が大きくなり、計画の遅れ等に繋がりかねないので、予算の効率的な執行に努めたい。
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| Causes of Carryover |
研究代表者が東京大学から大阪大学に異動し、研究計画および予算執行に遅延が生じた、もしくは遅延が発生する可能性があったため、一部研究計画を次年度に移行した。異動先での研究は立ち上がっており、次年度すみやかに執行可能である。
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