巨大空気シャワー観測装置用(オージェ計画)水チェレコフ検出器の開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08454061
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 永野 元彦 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (00013384)
• 研究分担者: 吉田 滋 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (00272518) ; 林田 直明 東京大学, 宇宙線研究所, 助手 (50114616)
• キーワード: 宇宙線 / 最高エネルギー / 水チェレンコフ / 空気シャワー / ミューオン / 電磁成分 / オージェ計画 / AGASA

研究概要

最もエネルギーの高い宇宙線の起源を明らかにするため、3000km^2の広大な面積に検出器を配置する巨大空気シャワー観測装置を、南、北半球に各1ヶ所づつ建設する計画(オージェ計画,代表James Cronin)が国際協力で進められている。シミュレーションによれば、ミューオンと電磁成分の密度比や、時間の遅れ比などは、一次宇宙線の化学組成に依っており、オージェ計画では、ミューオンを電磁成分から分離して測定するため、面積10m^2の水チェレンコフ検出器を使用することを予定している。幾つかの参加国で水チェレンコフ検出器を製作し、その特性測定がなされているが、実際の空気シャワーの中心から遠方での測定が出来るのは、現在世界中で明野観測所しかない。そのため、1996年度にまず水タンク(直径3.8m,深さ1.2m)を1台製作し、「広域空気シャワー観測装置(AGASA)」内に設置した。水タンクの上面に口径20cm光電子増倍管R5912を3本取りつけ、AGASAからのトリガーにより、それぞれの光電子増倍管からの信号波形を4現象デイジタルオッシロスコープで記録し、GPIB/LANリンク、AKENO LANを通じてデイスクに収納記録する。これにより、1996度は空気シャワー中心から遠方でのミューオン信号、電磁成分の信号の平均波形及びその平均からの変動を求めた。1997年6月に、1996年の観測結果をもとに改良を加えた2号水タンクを、1号タンクから1.8km離れた場所に設置した。これら2台の水チェレンコフ検出器を使用し、ミューオンと電磁成分のタンク中での発光量と空気シャワー面からのそれぞれの粒子の到着時間の違いから、ミューオンとの電磁成分の分離を試みている。ミューオンと電磁成分の密度比や、時間の遅れ比などは、一次宇宙線の化学組成に依るので、本年度は空気シャワー中心から遠方でのミューオンと電磁成分の分離解析手法をモンテカルロシミュレーションの結果と比較しながら開発中である。

研究成果

• [文献書誌] J.W.Cronin: "Science of Extremely High Energy Cosmic Rays" Proc.of ICRR Symposium. 2-16 (1977)
• [文献書誌] N.Hayashida et al.: "Recent Results of AGASA Experiments" Proc.of ICRR Symposium. 17-27 (1977)
• [文献書誌] N.Sakaki and M.Nagano: "Test of a Water Cerenkov Detector for the Auger Project at Akeno Giant Air Shower Array" Proc.of ICRR Symposium. 402-406 (1977)
• [文献書誌] C.Pryke: "Performance Simulation of a 10m^2 Water Cerenkov Detector and Comparison with Experiment" Proc.of ICRR Symposium. 407-411 (1997)
• [文献書誌] N.Sakaki, M.Nagano T.Kutter and C.Pryke: "Characteristics of a Water Cerenkov Detector for the Auger Project far from the Cores of Giant Air Showers" Proc.of 25th ICRC,Durban. 5. 217-220 (1977)
• [文献書誌] C.Pryke: "Simulated Performance of the Auger Observatory Water Cherenkov Arrays" Proc.of 25th ICRC,Durban. 5. 209-212 (1977)
• [文献書誌] C.Pryke: "Should the Top Surface of the Water Tank Lining be Black?" Auger Project Technical Note. GAP-97 GAP-015. 1-6 (1997)
• [文献書誌] T.Kutter, C.Pryke, M.Nagano and N.sakaki: "Self Calibration of the Water Cherenkov Tanks : Experimental Results" Auger Project Technical Note. GAP-97 GAP-025. 1-11 (1997)
• [文献書誌] C.Pryke: "Self Calibration of the Water Cherenkov Tanks : Simulation" Auger Project Technical Note. GAP-97 GAP-026. 1-15 (1977)
• [文献書誌] C.Pryke and T.Kutter: "Measurements of R1408 Photomultiplier Performance" Auger Project Technical Note. GAP-96 GAP-041. 1-11 (1996)