| 研究課題/領域番号 |
22K20374
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0203: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 | 京都大学 (2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2022) |
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研究代表者 |
辻 直希 京都大学, 理学研究科, 特定研究員 (80963537)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 中性子寿命 / 気球実験 / 放射線検出器 / シンチレータ / SiPM / 放射線測定器 / ファイバー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
物理学の重要なパラメータである中性子の寿命は、ビーム法とボトル法という2種類の計測法の間で依然として8.6秒もの系統的な違いが知られる重要な未解決問題である。本研究では、月面に衝突する銀河宇宙線により月表面から漏出する熱・熱外中性子を月周回機で測定する第3の中性子寿命の測定法を確立したい。熱中性子と高速中性子・ガンマ線を弁別できるシンチレータを用い、ファイバーを使って大面積化した検出器を製作することで、中性子寿命の精密測定を目指す。さらに実証試験として気球に検出器を搭載して高度30 kmの成層圏まで飛行させ、宇宙線空気シャワー中の中性子成分を測定する。
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| 研究実績の概要 |
中性子の寿命がビーム法とボトル法という主要な測定手法により違いがある問題に対して、惑星探査衛星による新しい測定手法が考案されている。本研究ではその実現に向けて、月周回機に搭載可能な小型中性子検出器を開発し、宇宙環境の模擬試験として気球実験を計画している。熱中性子・高速中性子・ガンマ線を弁別できるプラスチックシンチレータEJ-270を光センサーSilicon Photomultiplier (SiPM)で読み出す、新しい技術を使った中性子検出器を開発した。
(1) EJ-270を使った検出器の性能をさらに向上させるために、電子回路基板を刷新した。4 chでの信号読み出しやGPSによる時刻同期に対応したことに加え、宇宙機や気球での利用に向けて小型化・低消費電力化を図った。さらにSiPMとしてこれまで使用していたMPPC S14160-6050HSより、S13360-6050VEの方が熱中性子・高速中性子・ガンマ線の波形弁別の性能が良いことを発見し、後者の動作電圧等に最適化した基板設計を行なった。
(2) 高温・低温での動作試験及び較正試験を行なった。宇宙機及び気球実験では高温・低温時に安定して動作する必要があり、特にSiPMは温度依存性があることが知られているため、-20~50度の範囲で性能試験を行なった。温度により信号利得や波形弁別の性能が異なることが分かり、動作電圧の補正や検出器温度の安定化に取り組んだ。
(3) 宇宙機及び気球実験用に検出器筐体を設計した。最大8 chの検出器ユニットを搭載可能で、読出基板と合わせて超小型衛星キューブサット1U~2Uサイズに収まるように設計した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
天候や資材供給不足のため気球実験を予定通り実施できなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) EJ-270を使った検出器の性能をさらに向上させるために、ファームウェアの更新や解析パラメータの最適化を行う。熱中性子・高速中性子・ガンマ線をさらにはっきりと波形弁別できるよう、アルゴリズムや解析手法の改良を行う。
(2) 製作した検出器を用いた気球実験を行う。ロケット発射時の振動や大気圏・軌道上での熱真空試験、高レートの放射線環境など、宇宙と同等の環境下での検出器の実証試験を行う。さらに宇宙線大気シャワーの中性子成分のより詳細な理解を目指す。
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