気球搭載型エマルションガンマ線望遠鏡による宇宙線加速天体の精密観測

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26247039
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 青木 茂樹 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 教授 (80211689)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 敏行 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (50345849) ; 長縄 直崇 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 研究員 (60402434)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 宇宙線（実験） / Ｘ線γ線天文学 / 原子核乾板 / エマルション / 宇宙線加速源

Outline of Annual Research Achievements

2011年6月の北海道大樹町での気球観測で使用したプロトタイプに較べて口径面積を29倍に拡大した中型エマルション望遠鏡を用いて、オーストラリアにおいて24時間規模の観測を行う準備を整えた。
エマルションフィルムいついては、2011年に一部に導入して旧来品よりも高い検出効率を得た高感度乳剤を全面的に使用する事にし、名古屋大学において乳剤製造とフィルム化（塗布）作業を行った。フィルムの性能は、現像後に初めて明らかになるため、製造バッチごとにサンプリング試料を製作し評価するという徹底した品質管理を行った。その結果、現像までの保管環境（湿度・温度）によっては感度の低下や飛跡情報の喪失が発生することが明らかになった。この対策のため、観測直前に湿度や温度を調整してフィルムの密封処理を行う施設を、シドニー大学の協力を得てシドニー大学内に建設した。また、観測・回収後に迅速に現像を行うため、現像施設もシドニー大学の協力を得て設置準備を整えた。
観測中にフィルム相互の位置関係を１ミクロンの精度で保持するためにモジュール全体を真空パックするが、観測を行う上空で保持する圧力が失われないように、観測器全体を与圧容器に入れることにした。物質量を抑えるために、ゴム風船を繊維強化された樹脂シート製のシェルで保持して上空においても0.2気圧程度の圧力を保つ与圧容器を開発し製作した。
2015年の観測の対象であるVelaパルサーは約90ミリ秒の周期を持つが、観測されたガンマ線のパルサー周期に対する位相を分析するため、前回実験で60～150ミリ秒だった時間分解能を10ミリ秒まで改善する必要がある。多段シフターの最下段の駆動速度を上げても確実に動作するようなトルク設計を行うとともに、各段間のギャップを詰めてアライメント精度を上げることで実現した。
オーストラリアでの気球観測は、2015年5月の実施を予定している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

JAXA大気球実験室がオーストラリアにおいて展開する気球観測実験キャンペーンにおいて観測を行うことが認められ、その準備を整えることができている。
今回、Velaパルサーからのガンマ線を補足して高解像度のイメージング、パルサー周期に対する位相分析を行うためには、「研究実績の概要」の項で説明した通り○高感度乳剤を使用したエマルションフィルム、○面積を拡大し駆動速度を速めた多段シフター、○物質量を低く抑えた与圧容器、等々の新しい開発要素が必要となったが、初年度の１年間でこれらを達成することができており、さらにオーストラリア国内にシドニー大学の協力を得て、観測直前にエマルションフィルムに対する前処理を行う施設と観測・回収後に迅速に現像処理を行う施設をシドニー大学内に設営することができることとなり、検出器の能力を最大限に引き出せる環境を整えることができている。
JAXAの大気球委員会において、以上のような準備成果が認められ、JAXAがオーストラリアにおいて立ち上げる気球観測実験キャンペーンの最初の実験として採択されることになった。採択時には2014年11月に実施する計画として採択されたが、JAXA側の事情により2015年5月の実施となった。

Strategy for Future Research Activity

観測・回収後の現像をシドニー大学において行い、日本に持ち帰りただちに解析を進める。フィルムの飛跡データの読み取りに関しては、名古屋大学において超高速読取システムが立ち上がりつつあり、このシステムにとっての最初の大規模実験への応用となる。収集されたデータの解析は、神戸大学をはじめとするグループ内の各研究機関で行い、エマルション望遠鏡による初めての天体観測を実現する。
既知の高輝度ガンマ線天体の観測を実現して、その解像度を実証したのちには、科学観測の本格的開始に向けての準備を開始する。そのためには観測器の口径面積をさらに１桁拡大するとともに観測時間を拡大する必要がある。時間分解能を保ちつつ観測時間を拡大するため、大面積シフターの開発に着手するが、観測時間拡大のために増加しなければならないシフターの段数を抑えるために各段間のギャップを限りなく０に近づける工夫が必要となる。同時に、大面積化を行っても総重量を抑えるために単位面積あたりの重量を軽量化する必要がある。これらを同時に実現できるようなアイデアはすでに考案・検討中で、そのアイデアに基づく大面積シフターの開発に着手する。

Research Products

• [Journal Article] GRAINE project: The first balloon-borne, emulsion gamma-ray telescope experiment (2015)
  • Author(s): Satoru Takahashi, Shigeki Aoki, Keiki Kamada, Saki Mizutani, Ryo Nakagawa, Keita Ozaki, Hiroki Rokujo
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics (PTEP) Volume: 2015 Pages: 043H01,1-28
  • DOI: 10.1093/ptep/ptv046
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 原子核乾板望遠鏡による宇宙ガンマ線観測計画GRAINEのための時間分解多段シフターの開発 (2014)
  • Author(s): 高橋覚、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、立石友里恵、田輪周一、水谷深志、山田恭平、大塚直登、河原宏晃、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Journal Title: 応用物理学会放射線分科会会誌｢放射線｣ Volume: 40 Pages: pp.1-5
  • Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 高角度分解能ガンマ線望遠鏡のためのエマルションチェンバー空間校正手法の開発 (2015)
  • Author(s): 河原宏晃、大塚直登、六條宏紀、青木茂樹、高橋覚、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、立石友里恵、田輪周一、水谷深志、山田恭平、他 GRINE collbortion
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] J-PARC原子核乾板ニュートリノ実験における時間分解多段シフターの導入 (2015)
  • Author(s): 山田恭平、高橋覚、青木茂樹、他 T60実験グループ
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] GRAINE計画：気球搭載大口径エマルション望遠鏡による10MeV-100GeVガンマ線の高解 像度・偏光観測 (2015)
  • Author(s): 高橋覚、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] GRAINE計画：次期気球実験で用いる原子核乾板の製造と性能評価 (2015)
  • Author(s): 尾崎圭太、青木茂樹、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、児玉康一、斉藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] GRAINE計画 気球搭載型エマルション望遠鏡によるガンマ線天体の高解像度・偏光観測 (2015)
  • Author(s): 六條宏紀、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、毛登優樹、森島邦博、吉本雅浩、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: ＳＴＥ研究集会「太陽地球環境と宇宙線モジュレーション」
  • Place of Presentation: 名古屋大学ＳＴＥ研究所（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-03-04 – 2015-03-06
• [Presentation] GRAINE計画: 気球搭載大口径エマルション望遠鏡による 10MeV-100GeVガンマ線の高 解像度・偏光観測 (2015)
  • Author(s): 高橋覚、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 第15回 宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA 宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [Presentation] GRAINE計画:2015年豪州気球実験の準備状況 (2015)
  • Author(s): 六條宏紀、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、毛登優樹、森島邦博、吉本雅浩、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 第15回 宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA 宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [Presentation] GRAINE project: First massive production and use of "High sensitive emulsion gel film" (2014)
  • Author(s): 青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、児玉康一、斉藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 「ニュートリノフロンティア」研究会
  • Place of Presentation: 富士カーム（山梨県富士吉田市）
  • Year and Date: 2014-12-21 – 2014-12-23
• [Presentation] GRAINE計画：次期気球実験で用いる原子核乾板の性能評価 (2014)
  • Author(s): 尾崎圭太、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直祟、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 画像関連学会連合会秋季合同大会
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [Presentation] 加速器ニュートリノ実験における時間分解原子核乾板多段シフターの導入 (2014)
  • Author(s): 山田恭平、高橋覚、青木茂樹
  • Organizer: 画像関連学会連合会秋季合同大会
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [Presentation] 気球実験ＧＲＡＩＮＥの実現に向けた高速飛跡読取装置ＨＴＳの開発 (2014)
  • Author(s): 河原宏晃、中野敏行、吉本雅浩、駒谷良輔、六條宏紀、中村光廣
  • Organizer: 画像関連学会連合会秋季合同大会
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [Presentation] GRAINE計画：次期気球実験で用いる原子核乾板の性能評価2 (2014)
  • Author(s): 大塚直登、六條宏紀、森島邦博、尾崎圭太、大関勝久、桑原謙一、中村光廣、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 画像関連学会連合会秋季合同大会
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [Presentation] GRAINE計画：エマルション望遠鏡による宇宙ガンマ線観測計画 (2014)
  • Author(s): 高橋覚、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直祟、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 大気球シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA 宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [Presentation] GRAINE 計画：オーストラリア実験の準備状況１ (2014)
  • Author(s): 六條宏紀、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直祟、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、毛登優樹、森島邦博、吉本雅浩、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 大気球シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA 宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [Presentation] GRAINE 計画：オーストラリア実験の準備状況２ (2014)
  • Author(s): 水谷深志、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、山田恭平、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直祟、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、毛登優樹、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 大気球シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA 宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
  • Year and Date: 2014-11-06 – 2014-11-07
• [Presentation] GRAINE project, high resolution imaging and polarization sensitive gamma-ray observation with balloon-borne large aperture emulsion telescope (2014)
  • Author(s): S.Takahashi, S.Aoki, T.Hara, K.Ozaki, A.Suzuki, N.Naganawa, M.Nakamura, T.Nakano, O.Sato, H.Rokujo, K.Hamada, T.Yoshida and GRAINE collaboration
  • Organizer: 5th International Fermi Symposium
  • Place of Presentation: Nagoya University (Nagoya, Aichi)
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-24
• [Presentation] エマルション望遠鏡による宇宙ガンマ線観測計画 GRAINE：現状報告 (2014)
  • Author(s): 六條宏紀、青木茂樹、尾崎圭太、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、児玉康一、斉藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、大塚直登、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直崇、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、毛登優貴、森島邦博、吉本雅浩、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学（佐賀県佐賀市）
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-21
• [Presentation] GRAINE project: Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion (2014)
  • Author(s): S.Aoki, T.Hara, K.Ozaki, A.Suzuki, S.Takahashi, N.Naganawa, M.Nakamura, T.Nakano, O.Sato, H.Rokujo, K.Hamada, T.Yoshida and GRAINE collaboration
  • Organizer: 26th International Conference on Nuclear Tracks in Solids
  • Place of Presentation: Kobe University (Kobe, Hyogo)
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-19
• [Presentation] GRAINE計画 －原子核乾板によるガンマ線天体精密観測－ (2014)
  • Author(s): 六條 宏紀、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、高橋覚、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直祟、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: ＣＲＣタウンミーティング
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [Presentation] エマルションガンマ線望遠鏡のための時間分解原子核乾板多段シフターの開発 (2014)
  • Author(s): 高橋覚、青木茂樹、尾崎圭太、釜田啓樹、柴山恵美、田輪周一、水谷深志、河原宏晃、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 日本写真学会年次大会
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-27
• [Presentation] エマルション望遠鏡による宇宙ガンマ線観測計画GRAINE：次期気球実験の準備状況 (2014)
  • Author(s): 高橋覚、児玉康一、斎藤芳隆、濱田要、吉田哲也、伊代野淳、青木茂樹、尾崎圭太、小坂哲矢、柴山恵美、鈴木州、立石友里恵、田輪周一、原俊雄、水谷深志、山田恭平、河原宏晃、北川暢子、小松雅宏、佐藤修、中竜大、長縄直祟、中野敏行、中村光廣、丹羽公雄、森島邦博、吉本雅浩、六條宏紀、他 GRAINE collaboration
  • Organizer: 日本写真学会年次大会
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-27
• [Presentation] 名古屋大学製原子核乳剤の量産と性能評価 (2014)
  • Author(s): 六條宏紀、森島邦博、長縄直崇、大関勝久、桑原謙一、他 乳剤製造グループ
  • Organizer: 日本写真学会年次大会
  • Place of Presentation: 千葉大学（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-27