月・惑星探査用次世代中性子撮像装置の開発

• 研究課題/領域番号: 17740293
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 奥平 修 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (30386718)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2005年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
• キーワード: 中性子検出器 / 月・惑星探査 / リモートセンシング / 月・衛星・小惑星 / 放射線

研究概要

空間分解能10kmを持つ月・惑星探査用中性子分光計の開発
これまでの設計に基づき、検出器の試作によりデータ取得を行った。
また、マルチコリメータ方式に加え、ピンホール方式についても提案検討した。速熱中性子は熱化させてカドミウムに吸収させる必要があるため、個々のコリメータに減速材が必要であるが、ピンホール式ではコリメータが一つとなり、機構を単純化できる。一方で中性子の入射方向決定のために、反応点の3次元的な位置決定が必要になるが、ワイヤーを縦方向に複数配置することで対応できる。また月漏洩中性子を計算した結果、カウントの面でも不利にならず、月極域での水素の検出は可能な範囲であると予想される。
試作した検出器は、電極に直径20umのニクロム線を用いた円筒形(直径30mm,有効長200mm)比例計数管を6本並べた構造を持つ。まず4Heガスを10atm封入、ベータ線のエネルギースペクトルから印加電圧と増幅度のデータを得た。1.5〜1.6kVで十分な増幅度(10^4以上)が得られた。また電極の両端に電荷有感型プリアンプを接続し、ワイヤー方向の位置分解能を測定した。10atmのPRガスとX線を用いた実験では、位置分解能が約9.5mmであった。これはピンホール方式では(反応点により変化するが)月面上の約3.5〜5kmの空間分解能に相当する。(マルチコリメータ方式では、コリメータ形状により約6kmが達成可能である)
1)空間分解能を向上させる方式として、マルチウインドウコリメータ方式、およびピンホール方式を提案。
2)月探査を想定して、各方式の最適と思われる形状とその空間応答関数を計算、1年間の観測で極域1000カウント以上の計測ができると予想。極域で0.1wt%以下の検出限界を得られることになる。
3)位置有感のHe比例計数管を試作し、十分な空間分解能(5〜6km)をもつ位置分解能を達成できた。