全天探査用広視野ＭｅＶガンマ線カメラを用いた長時間気球フライトによる天体観測

• Project/Area Number: 13J01213
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 古村 翔太郎 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: MeVガンマ線 / コンプトンカメラ / ETCC / 偏光 / ガンマ線バースト / 電子飛跡 / SMILE / μ-PIC / シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

我々は次世代のMeVガンマ線望遠鏡として、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(Electron Tracking Compton Camera, ETCC)の開発を進めている。ETCCは従来型コンプトンカメラと異なり反跳電子の飛跡を測定することで、優れた撮像性能に基づく強力な雑音除去性能と、6 strもの広視野を実現している。さらに昨年度までに、100-200 keVで約0.6と優れた偏光検出性能(Modulation Factor, MF)を持つことを、モンテカルロシミュレーションと密封線源を用いた室内実験の両方で確かめた。
本年度は、SPring-8の偏光X線ビームラインBL08Wを利用して高統計での精密測定を行なった。182 keV直線偏光ビームを10 mm厚のアルミ板に照射し､その散乱光をETCCで測定した。ETCCに対する入射光子の偏光方向を変えて測定を行い、そのいずれにおいても得られたエネルギースペクトル及び偏光検出に関わる散乱X線方位角分布は、シミュレーションとよく一致した。得られたMFは0.56-0.61@130 keVとシミュレーションと矛盾せず、既存のコンプトン偏光計より1.5倍程度優れた値であることが確認できた。さらに広視野撮像偏光観測の実証実験として、偏光X線を光軸から約40度傾けて入射させ、撮像情報により精度の高い偏光検出が行える事を示し、世界初のX線撮像偏光検出を成功させた。今後のETCCの有効面積拡張により、気球実験でもかに星雲や明るいガンマ線バースト等について10-20％偏光検出と、衛星観測に匹敵する高精度な観測が期待できる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] New readout and data-acquisition system in an electron-tracking Compton camera for MeV gamma-ray astronomy (SMILE-II) (2015)
  • Author(s): T.Mizumoto, Y.Matsuoka , Y.Mizumura, T.Tanimori, H.Kubo, A.Takada, S.Iwaki, T.Sawano, K.Nakamura, S.Komura, S. Nakamura, T.Kishimoto, M.Oda, S.Miyamoto, T.Takemura, J.D.Parker, D.Tomono, S.Sonoda, K.Miuchi, S.Kurosawa
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Volume: 800 Pages: 40-50
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.08.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An Electron-Tracking Compton Telescope for a Survey of the Deep Universe by MeV gamma-rays (2015)
  • Author(s): T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, S. Iwaki, S. Komura, S. Kurosawa, Y. Matsuoka, K. Miuchi, S. Miyamoto, T. Mizumoto, Y. Mizumura, K. Nakamura, S. Nakamura, M. Oda, J. D. Parker, T. Sawano, S. Sonoda, T. Takemura, D. Tomono, K. Ueno
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 810 Issue: 1 Pages: 28-28
  • DOI: 10.1088/0004-637x/810/1/28
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A performance study of an electron-tracking Compton camera with a compact system for environmental gamma-ray observation (2015)
  • Author(s): T. Mizumoto, D. Tomono, A. Takada, T. Tanimori, S. Komura, H. Kubo, Y. Matsuoka, Y. Mizumura, K. Nakamura, S. Nakamura, M. Oda, J.D. Parker, T. Sawano, N. Bando and A. Nabetani
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 10 Issue: 06 Pages: C06003-C06003
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/06/c06003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Balloon-Borne Experiment for Deep Sky Survey of MeV Gamma Rays using an Electron-Tracking Compton Camera (2015)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, A. Takada, H. Kubo, S. Iwaki, Y. Matsuoka, T. Mizumoto, Y. Mizumura, T. Kishimoto, T. Takemura, S. Miyamoto, K. Nakamura, S. Nakamura, M. Oda, S. Sonoda, D. Tomono, J. D. Parker, K. Miuchi, T. Sawano, K. Ueno, S. Kurosawa
  • Journal Title: Proceedings of 34th International Cosmic Ray Conference Volume: ICRC2015 Pages: 1019-1019
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Performance of a New Electron-Tracking Compton Camera under Intense Radiations from a Water Target irradiated with a Proton Beam (2015)
  • Author(s): Y. Matsuoka, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J.D. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Iwaki, T. Sawano, S. Komura, T. Kishimoto, M. Oda, T. Takemura, S. Miyamoto, S. Sonoda, D. Tomono, K. Miuchi, S. Kabuki, S. Kurosawa
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 10 Issue: 01 Pages: C01053-C01053
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/01/c01053
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a 30 cm-cube Electron-Tracking Compton Camera for the SMILE-II Experiment (2014)
  • Author(s): Y. Mizumura, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. D. Parker, T. Mizumoto, S. Sonoda, D. Tomono, T. Sawano, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S. Komura, S. Nakamura, M. Oda, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, and S. Iwaki
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance Improvement of an Electron-Tracking Compton Camera by a New Track Reconstruction Method (2014)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Sonoda, D. Tomono, T. Sawano, K. Naka mura, Y. Matsuoka, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuk i, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ikeno and T. Uchida
  • Journal Title: 2013 IEEE Nuclear Science Symposium Conf erence Record Volume: (印刷中)
• [Journal Article] Precise Low-Energy Electron Tracking Using a Gaseous Time Projection Chamber for the Balloon-Borne Gamma Ray Compton Telescope (2014)
  • Author(s): T. Mizumoto, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. D. Parker, S. Sonoda, Y. Mizumura, D. Tomono, T. Sawano, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S, Komura, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ikeno and T. Uchida
  • Journal Title: 2013 IEEE Nuclear Science Symposium Coni erence Record Volume: (印刷中)
• [Journal Article] SMILE-II : Balloon-borne Telescope for Background-suppressed Soft Gamma-ray Imaging (2013)
  • Author(s): T. Sawano, T. Tanimori, H. Kub o, A. Takada, J. D. Parker, T. Mizumoto, S. Sonoda, Y. Mizumura, D. Tomono, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S. Komura, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ik eno, and T. Uchida
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 1 Pages: 013099-013099
  • DOI: 10.7566/jpscp.1.013099
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simulation of Gas Avalanche in a Micro Pixel Chamber using Garfield++ (2013)
  • Author(s): A. Takada, T. Tanimori, H. Kubo, J. D. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Iwaki, T. Sawano, K. Nakamura, K. Taniue, N. Higashi, Y. Matsuoka, S. Komur a, Y. Sato, S. Namamura, M. Oda, S. Sonoda, D. Tomono, K. M iuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 8 Issue: 10 Pages: C10023-C10023
  • DOI: 10.1088/1748-0221/8/10/c10023
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SMILE24 : 電子飛跡検出型コンプトンカメラが持つ偏光撮像性能の評価試験 (2015)
  • Author(s): 古村翔太郎, 谷森達, 窪秀利, 高田淳史, Parker Joseph,水村好貴,水本哲矢, 園田真也, 友野大,中村輝石, 松岡佳大, 中村祥吾,岸本哲郎, 小田真, 竹村泰斗, 宮本奨平,中増勇真,吉川慶, 身内賢太朗, 黒澤俊介, 澤野達哉
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Balloon-borne experiment for deep sky survey of MeV gamma rays using an Electron-Tracking Compton Camera (2015)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, A. Takada, H. Kubo, S. Iwaki, Y. Matsuoka, T. Mizumoto, Y. Mizumura, T. Kishimoto, T. Takemura, S. Miyamoto, K. Nakamura, S. Nakamura, M. Oda, S. Sonoda, D. Tomono, J. D. Parker, K. Miuchi, T. Sawano, K. Ueno, S. Kurosawa
  • Organizer: 34th International Cosmic Ray Conference
  • Place of Presentation: The Hague, the Netherlands
  • Year and Date: 2015-08-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子飛跡検出型コンプトン望遠鏡が持つMeVガンマ線偏光撮像能力の検証 (2015)
  • Author(s): 古村翔太郎, 谷森達, 窪秀利, 高田淳史, 水本哲矢, J. D. Parker, 水村好貴, 澤野達哉, 中村輝石, 松岡佳大, 中村祥吾, 小田真, 岸本哲朗, 竹村泰斗, 宮本奨平, 身内賢太朗, 黒澤俊介
  • Organizer: 日本天文学会 2015年春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [Presentation] 電子飛跡検出型コンプトン望遠鏡を用いた天体MeVガンマ線の偏光撮像観測計画 (2015)
  • Author(s): 古村翔太郎, 谷森達, 窪秀利, 高田淳史, 水本哲矢, J. D. Parker, 水村好貴, 澤野達哉, 中村輝石, 松岡佳大, 中村祥吾, 小田真, 岸本哲朗, 竹村泰斗, 宮本奨平, 身内賢太朗, 黒澤俊介
  • Organizer: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: ISAS
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [Presentation] Effectiveness and Performance of a Full Ray-Tracing Sub-MeV Compton Imager (2014)
  • Author(s): Y. Mizumura, A. Takada, S. Iwaki, S. Komura, H. Kubo, Y. Matsuoka, K. Miuchi, T. Mizumoto, K. Nakamura, S. Nakamura, M. Oda, J. D. Parker, S. Sonoda, T. Sawano, T. Tanimori, D. Tomono
  • Organizer: IEEE NSS/MIC/RTSD 2014
  • Place of Presentation: Seattle, USA
  • Year and Date: 2014-11-10
• [Presentation] Imaging polarization measurement above 100 keV with a wide field of view by electron tracking Compton camera (2014)
  • Author(s): A. Takada, T. Tanimori, H. Kubo, J. D. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, T. Sawano, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S. Komura, S. Nakamura, T. Kishimoto, M. Oda, T. Takemura, S. Miyamoto, K. Miuchi, S. Kurosawa
  • Organizer: X-ray polarization in astrophysics - a window about to open?
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 2014-08-28
• [Presentation] Balloon-borne experiment for observation of sub-MeV/MeV gamma-rays from Crab Nebula using an Electron Tracking Compton Camera (2014)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, H. Kubo, A.Takada, S. Iwaki, S. Kurosawa, Y. Matsuoka, S. Miyamoto, T. Mizumoto, Y. Mizumura, K. Nakamura, S. Nakamura, M. Oda, J. D. Parker, T. Sawano, S. Sonoda, T. Takemura, D.Tomono, K. Miuch
  • Organizer: 40th COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Moscow, Russia
  • Year and Date: 2014-08-08
• [Presentation] SMILE19 : 次期気球実験に向けた偏光観測シミュレーション (2014)
  • Author(s): 古村翔太郎, 高田淳史, 澤野達哉, 岩城智, 窪秀利, 松岡佳大, 水本哲矢, 水村好貴, 中村輝石, 中村祥吾, 小田真, Parker Joseph, 園田真也, 谷森達, 友野大, 株木重人, 黒澤俊介, 身内賢太朗
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] Performance Improvement of an Electron-Tracking Compton Camera by a New Track Reconstruction Method (2013)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Sonoda, D. Tomono, T. Sawano, K. Naka mura, Y. Matsuoka, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ikeno and T. Uchida
  • Organizer: 2013 IEEE NSS&MIC&RTSD
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2013-10-30
• [Presentation] 電子飛跡検出型コンプトンカメラにおける飛跡取得アルゴリズムの改良IV (2013)
  • Author(s): 古村翔太郎, 高田淳史, 岩城智, 窪秀利, 松岡佳大, 水本哲矢, 水村好貴, 中村輝石, 中村祥吾, 小田真, Parker Joseph, 澤野達哉, 園田真也, 谷森達, 友野大, 株木重人, 黒澤俊介, 身内賢太朗
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Year and Date: 2013-09-22
• [Remarks] SMILE Project
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/MeV-gamma/wiki/wiki.cgi
• [Remarks]