全天探査用広視野ＭｅＶガンマ線カメラを用いた長時間気球フライトによる天体観測

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J01213
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 古村 翔太郎 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: MeVガンマ線 / コンプトンカメラ / 電子飛跡 / ETCC / SMILE / 偏光 / μ-PIC / シミュレーション

Research Abstract

sub-MeVから数十MeV領域での天体観測は、現在未解決の様々な問題を探るプローブとなる。一方で、MeV領域特有の大量の雑音事象による感度劣化のため、感度の良い観測は行われていない。我々はこの現状を打破すべく、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(Electron Tracking Compton Camera, ETCC)の開発を進めている。ETCCは反跳電子の飛跡を測定することで、高品質なガンマ線イメージ取得と強力な雑音除去が可能である。現在は、ETCCの性能実証を目的とした気球高度における天体観測実験、SMILE計画(Sub-MeV ga㎜a-ray Imaging Loaded-on-balloon Experiment)を進行中である。平成25年度はそのフライトモデルである大型ETCCの組み上げおよび地上性能試験を行った。私が主体となって行った研究は以下の通りである。
1. 小型ETCCの研究成果の活用
大型ETCCには、私が平成23年度に導入した新しい電子飛跡測定法が使用されている。私は小型ETCCを用いて、その性能評価および解析手法の開発に取り組んできた。平成25年度初めに、この測定法により検出効率が従来の10倍程度、角度分解能も大幅に改善することを示した。また、雑音除去能力も精度が向上し、よりコントラストの強いガンマ線イメージが得られた。これらは大型ETCCの性能をほぼ決定づける要素であったため、Geant4シミュレーションにより小型ETCCの結果から大型ETCCの性能予測を行ったe大型ETCC組み上げ後には小型ETCCでの経験を活かして、その性能評価実験に取り組み、また共同研究者への解析手法の指導を行った。これにより、大型ETCCの性能評価を短期間のうちに効率よく行うことができた。
2. 大型ETCCによる偏光測定可能性
新しい電子飛跡測定法によりETCCの検出感度が格段に向上したため、天体偏光観測にも期待が持てるようになった。そこでGeant4シミュレーションにより偏光観測の可能性を検証し、気球実験(SMILE計画)でもCrabやCygX-1で偏光観測が可能であることを示した。また、実際に大型ETCCを運用して、密封ガンマ線源の散乱から生成される偏光ガンマ線を測定する偏光性能試験も進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

更新申請書時点で予定していた国内の地上性能試験は、すべて実施できた。解析の結果、ETCCは期待以上の性能が得られている。また当初予定していなかった、偏光測定可能性についても検証することができた。一方でETCC測定データの効果的な解析法については、まだ改善の余地が見られる。

Strategy for Future Research Activity

気球打ち上げの予定が不透明なため、地上で細かい問題点の改善を進める。昨年度の試験のフィードバックから、フライトモデルETCCのハードウェア改良、および気球打ち上げの際に必要なシステムの開発を行う。シミュレーションを用いて、ETCC測定データの効果的な解析法の研究、偏光観測可能性、気球環境下でのフライトモデルETCCの雑音状況などの問題を突き詰める。研究発表、'特に論文投稿を活発に行っていく。

Research Products

• [Journal Article] Development of a 30 cm-cube Electron-Tracking Compton Camera for the SMILE-II Experiment (2014)
  • Author(s): Y. Mizumura, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. D. Parker, T. Mizumoto, S. Sonoda, D. Tomono, T. Sawano, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S. Komura, S. Nakamura, M. Oda, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, and S. Iwaki
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance Improvement of an Electron-Tracking Compton Camera by a New Track Reconstruction Method (2014)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Sonoda, D. Tomono, T. Sawano, K. Naka mura, Y. Matsuoka, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuk i, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ikeno and T. Uchida
  • Journal Title: 2013 IEEE Nuclear Science Symposium Conf erence Record Volume: (印刷中)
• [Journal Article] Precise Low-Energy Electron Tracking Using a Gaseous Time Projection Chamber for the Balloon-Borne Gamma Ray Compton Telescope (2014)
  • Author(s): T. Mizumoto, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. D. Parker, S. Sonoda, Y. Mizumura, D. Tomono, T. Sawano, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S, Komura, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ikeno and T. Uchida
  • Journal Title: 2013 IEEE Nuclear Science Symposium Coni erence Record Volume: (印刷中)
• [Journal Article] SMILE-II : Balloon-borne Telescope for Background-suppressed Soft Gamma-ray Imaging (2013)
  • Author(s): T. Sawano, T. Tanimori, H. Kub o, A. Takada, J. D. Parker, T. Mizumoto, S. Sonoda, Y. Mizumura, D. Tomono, K. Nakamura, Y. Matsuoka, S. Komura, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ik eno, and T. Uchida
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 1
  • DOI: 10.7566/JPSCP.1.013099
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulation of Gas Avalanche in a Micro Pixel Chamber using Garfield++ (2013)
  • Author(s): A. Takada, T. Tanimori, H. Kubo, J. D. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Iwaki, T. Sawano, K. Nakamura, K. Taniue, N. Higashi, Y. Matsuoka, S. Komur a, Y. Sato, S. Namamura, M. Oda, S. Sonoda, D. Tomono, K. M iuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/8/10/C10023
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SMILE19 : 次期気球実験に向けた偏光観測シミュレーション (2014)
  • Author(s): 古村翔太郎, 高田淳史, 澤野達哉, 岩城智, 窪秀利, 松岡佳大, 水本哲矢, 水村好貴, 中村輝石, 中村祥吾, 小田真, Parker Joseph, 園田真也, 谷森達, 友野大, 株木重人, 黒澤俊介, 身内賢太朗
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] Performance Improvement of an Electron-Tracking Compton Camera by a New Track Reconstruction Method (2013)
  • Author(s): S. Komura, T. Tanimori, H. Kubo, A. Takada, J. Parker, T. Mizumoto, Y. Mizumura, S. Sonoda, D. Tomono, T. Sawano, K. Naka mura, Y. Matsuoka, Y. Sato, S. Nakamura, K. Miuchi, S. Kabuki, Y. Kishimoto, S. Kurosawa, S. Iwaki, M. Tanaka, M. Ikeno and T. Uchida
  • Organizer: 2013 IEEE NSS&MIC&RTSD
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2013-10-30
• [Presentation] 電子飛跡検出型コンプトンカメラにおける飛跡取得アルゴリズムの改良IV (2013)
  • Author(s): 古村翔太郎, 高田淳史, 岩城智, 窪秀利, 松岡佳大, 水本哲矢, 水村好貴, 中村輝石, 中村祥吾, 小田真, Parker Joseph, 澤野達哉, 園田真也, 谷森達, 友野大, 株木重人, 黒澤俊介, 身内賢太朗
  • Organizer: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Year and Date: 2013-09-22
• [Remarks]
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/MeV-ga㎜a/index.html