空気シャワーのチェレンコフ光および蛍光の高解像度・高速撮像に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340080
• 研究機関: 甲南大学
• 研究代表者: 梶野 文義 甲南大学, 理工学部, 教授 (50204392)
• 研究分担者: 山本 嘉昭 甲南大学, 理工学部, 教授 (70068112) ; 坂田 通徳 甲南大学, 理工学部, 教授 (60068111)
• キーワード: 超高エネルギーガンマ線 / イメージインテンシファイア / 高速ビデオカメラ / チェレンコフ望遠鏡 / 高分解能光学系

研究概要

近年TeVエネルギー領域のガンマ線源を探索するために、空気シャワーから発生するチェレンコフ光を解像型のチェレンコフ望遠鏡を用いて観測が行われ、大きな成果を挙げてきた。本研究ではその撮像部にイメージインテンシファイアとCCDを使った高速ビデオカメラを用い、光学系として高分解能光学系を用いて、空気シャワーが発するチェレンコフ光や蛍光をこれまでよりはるかに詳細な画像で、かつ高速に取り込む新しいシステムの開発と構築を行ってきた。これにより超高エネルギーガンマ線や宇宙線の閾値エネルギーの低減と到来方向の決定精度を今までより格段に向上させることを目的とする。
このために、以下のような新しいカメラシステムと光学系の研究開発をした。
1)直径10cmの大口径のイメージインテンシファイア(I.I.)と高速ゲートI.I.を用いた撮像システムを製作し、入射面で0.16mmの解像度を実現した。これはF/D=1の3m口径望遠鏡に取り付けた場合0.008度に相当していて、今までのチェレンコフ望遠鏡の解像度を1桁上回るものである。
2)光電子増倍管群と高速回路によるトリガー信号を100ns程度で発生させることができた。
3)高速ビデオカメラで撮像データをランダムトリガーにより最大250枚/秒まで取り込めるようにできた。
4)フレネルレンズを用いた新しいタイプの高分解能光学系の設計を行い、視野角4度で約0.03度の分解能をもつ光学系を達成した。
5)甲南大学で製作した3m口径のチェレンコフ望遠鏡を猪名川天文台の近くに移設し観測体制を整備した。
このシステムは1光子から捕らえることが出来る超高感度、高解像度、広視野かつ超声速の撮像装置であるので、宇宙線実験の他に、素粒子実験やその他、理学、工学、医学等の分野で非常に幅広く応用することが期待できる。

研究成果

• [文献書誌] I.Tada, E.Choi, F.Kajino et al.: "Development of High-Resolution and High-Speed Camera System for a Cherenkov Telescope Using Image Intensifiers"Proceedings of 28^<th> International Cosmic Ray Conference. 5. 2983-2986 (2003)
• [文献書誌] F.Kajino, T.Wasio, I.Tada, T.Oda, E.Choi, S.Hayashi, M.Sakata, Y.Yamamoto: "High-Resolution Cherenkov Telescopes for the Observation of High-Energy Gamma Rays"Proceedings of 2002 International Science Symposium on The Universe Viewed in Gamma-Rays, Frontiers Science Series. 39. 421-426 (2003)