2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a large effective area liquid argon telescope for direct validation of heavy element synthesis in the universe
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22KJ0811
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高嶋 聡 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | コンプトンカメラ / 液体アルゴン / MeVガンマ線 / ダークマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は液体アルゴンを用いたタイムプロジェクションチェンバー（LArTPC）の開発に注力し、ガンマ線分光撮像の実現に向けた進展を遂げた。シンチレーション光を捉えるために、-187℃で動作する低ノイズのアンプ・センサ統合基板と4x4のSiPMを開発した。この基板は2.4x2.4cmの受光面を持ち、1チャンネルで読み出すことができ、1光電子を分解するノイズ性能を持つ。
加えて、256チャンネルのピクセル電極とSGD-ASICを搭載した基板をガスアルゴン中で運用し、検出器由来のノイズを評価した。アルファ線信号の飛跡を測定し、アルゴンの電離電子を高いS/N比で検出できる条件を特定した。
LArTPCの効果的な運用には、熱流入を防ぐ真空断熱容器が必要であり、水や酸素などの不純物がシンチレーション光や電離電子を吸収するのを防ぐシステムも重要である。3D CADソフトウェアを用いて設計した真空断熱容器には、これらの不純物を除去するフィルタを装備した。
また、アウトガスの少ない材料を使用してLArTPCを開発し、液体アルゴン中で前述の電離電子とシンチレーション光の読み出しシステムを取り付けた。外部に設置したコバルト60、セシウム137、ナトリウム22からのガンマ線を捉え、コンプトン散乱や光電吸収による電離電子群を測定した。
さらに、将来の観測衛星での宇宙ガンマ線観測に向け、検出器放射化や銀河系外のガンマ線などの幅広いバックグラウンドモデルを取り入れ、天体ガンマ線の感度計算を行った。モンテカルロシミュレーションに基づく検出器特性を反映した計算により、より現実的な観測計画を作成した。
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[Presentation] Development of a prototype liquid argon Compton camera2023
Author(s)
S. Takashima, K. Ishiwata, H. Odaka, K. Shirahama, M. Tanaka, T. Hakamada, M. Yoshimoto, S. Arai, M. Ichihashi, T. Kato, A. Bamba, K. Aoyama, T. Shimizu, H. Taniguchi, R. Nakajima, K. Yorita, T. Tamba, S. Watanabe, K. Okuma, T. Nakazawa, H. Yoneda. GRAMS collaboration
Organizer
QBI2023 第５回「量子線イメージング研究会」
Int'l Joint Research
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