| 研究課題/領域番号 |
21H04468
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
田島 宏康 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80222107)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)
2025年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2024年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2023年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2022年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 宇宙線 / 宇宙物理 / ガンマ線 / 放射線 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代ガンマ線観測装置であるCTAの小口径望遠鏡によって、10兆電子ボルト以上での宇宙ガンマ線観測のエネルギーフロンティアを切り拓く。我々が中心となって開発を推進した新型の半導体光センサーによって可能となる月夜観測を実現することで、10兆電子ボルト以上で感度2倍の向上を達成する。CTAの初期観測において、宇宙線起源候補天体や銀河中心近傍のスペクトルを初めて数百兆電子ボルトまで測定することで、未解決であった銀河系宇宙線の起源をつきとめる。また、銀河中心近傍の長時間ガンマ線観測は、陽子の10万倍程度の質量までの素粒子暗黒物質の対消滅で放射されるガンマ線を検出できる感度を実現する。
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| 研究実績の概要 |
我々は、2048個の半導体光電子増倍素子(SiPM)を使用する小口径望遠鏡を40台以上制作する予定であり、多数のSiPMを使用する。そのため、SiPMの不良原因やその発生頻度を理解する必要がある。その初期試験として、モジュール2個で合計128個のSiPMの漏れ電流を6ヵ月以上測定した。1つのSiPMで漏れ電流が10倍になる現象を観測したが、SiPM自体のダークカウントレートに大きな変化はないこと、漏れ電流が電圧に比例し抵抗のような振る舞いを示すことから、この漏れ電流増加はSiPMと並列に存在する電流源が存在することを示唆している。さらなる外観検査により損傷した電極が見つかり、遠赤外線画像による温度測定により損傷した電極付近でジュール熱による加熱を確認したため、損傷した電極が原因であることを確定した。将来の製造過程では自動外観検査で除外する予定である。
また、20%のSiPMで漏れ電流が一定量増減する現象を観測し、中にはいくつかの電流増減モードを示すSiPMもあった。この電流増減は、対応する欠陥の活性化、不活化によって引き起こされ、複数の電流増減モードは、複数の異なる欠陥に起因すると推定している。実際に、欠陥における励起されたキャリアの再結合による局所的な発光を検出し、発光量が超過電流に比例することを確認している。また、暗電流の増減が発光箇所の明滅と同期していることも確認した。蛍光顕微鏡による画像から、微弱な発光箇所は無数に存在しているが、輝度が高いのは電場強度が高いマイクロセルの角に集中していることがわかった。したがって、超過電流は欠陥が原因であり、電場強度が欠陥による電流増大や発光輝度を支配していると考えられる。構造を修正し電場強度を低くすることで、超過電流を減らすことが期待される。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
昨年度中に小口径望遠鏡の初号機のカメラを組み立て、機能試験、較正を完了する予定であったが、他の研究機関が担当する電子基板の製造に問題があり、1/4サイズのカメラ組み立てが終わったところである。そのため、半年程度の遅れとなっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は、機能試験、較正を完了し、試験観測を実施し、月夜観測における夜光量を測定する。その際、月齢、月の明るさ、月の高さ、月からの距離などへの依存性も明らかにし、シミュレーションへのインプットとする。
並行して、光量の測定精度や検出可能な最小光量の夜光量への依存性を実験室、現地の双方で測定する。
これらの情報をシミュレーションに反映し、ガンマ線検出効率のエネルギー依存性を夜光量の関数として評価する。
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