【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】10041126 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線 / 電子 / 高エネルギー / 気球 / シンチファイバー / カロリメータ / 日米共同 / 宇宙 / 気球観測 / 宇宙観測

【研究成果の概要】

これまでの国内における新方式電子観測装置(BETS)を用いた気球観測を飛躍的に発展させる目的で、米国NASAの研究者と共同して、100日におよぶ長期間気球観測(ULDB)を計画し、共同提案書を作成してNASAのAOに応募した。この提案書の作成のために、日本と米国で各々ワークショップを開催し、研究内容の検討と任務分担の取り決めをおこなった。目的としては、TeV領域のエネルギースペクトルの観測から、超新星爆発における電子加速機構の解明を行うことである。ULDBの初めてのAOであったため、応募が多数にのぼったこともあり、この提案は受理されなかったが、この過程で将来の共同研究グループが形成されたことの意義は大きい。平成11年度は、ULDBにかわる計画として、宇宙研グループがブラジルとオーストラリア横断気球の調査を行うほか、昭和基地における南極周回気球の可能性についても調査、検討を行った。この結果、数年後にはいずれの観測も実施できる目処が立っている。さらに、将来のスペースステーションにおける、日米共同観測の可能性についても、米国で調査、研究を行い近々共同観測提案を行うことが決まっている。
これらの、調査研究と平行して、観測装置の基本部分である飛跡検出部の性能テストをCERNの陽子ビームを用いて行なった。1mm角のシンチファイバー64本を64アノードのコンパクト型ホトマル(Hamamatsu)に接続した装置を、位置分解能0.25mmのホドスコープとならべて陽子ビームを照射した。その結果、最小電離損失の荷電粒子の検出効率はほぼ100%で、クロストークは数%以内であることが確認され、十分に所期の性能を発揮していることが確かめられている。このほか、装置開発のためのシミュレーション計算、電子加速とガンマ線スペクトルの関係や電子の銀河内伝播の計算も実施した。現在、これらの成果は論文にまとめており、平成12年度内には出版の予定である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】10,800千円 (直接経費: 10,800千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】09041112 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線 / 電子 / 高エネルギー / CERN / ビームテスト / 陽子 / カロリメータ / シンチファイバー / 加速器テスト / 粒子識別

【研究成果の概要】

気球に搭載して宇宙線電子成分の観測を行なった装置を、スイス連邦ジュネーブ市にある欧州共同原子核研究所(CERN)に輸送して陽子ビームを用いて性能テストをおこなった。この装置はシンチレーションファイバーを用いたイメージング・カロリメータで、シャワーの3次元的発達の違いを用いて,陽子と電子の選別を行なうという新しい原理にもとずく装置である。
平成8年度の電子ビームによるテストによって、電子に対する観測性能は明らかになったが、実際の観測では雑音となる陽子成分の除去性能を調べるのが今回の実験の目的である。このため、観測とほぼ同じエネルギー領域(30GeV〜250GeV)の陽子ビームを照射してテストを行なった。ビームテストはCERNのWest AreaにあるT1/X5のテストビームラインを用いて、9月9日から9月17日の9日間行なった。実験の実施にあたっては、特に250GeVの陽子のために2次ビームの利用が認められたほか、装置を載せる移動式架台や装置の搬入、移動作業にもCERN側の全面的協力がえられスケジュール通りの実験が行なわれた。
このテストでは、できる限り実際の観測に近い状態でのデータを得るため、陽子ビームに対する装置の角度や入射位置を変えながら、約10万例のイベントを得た。このデータのすべてについて現在すでに基礎的解析を終えている。その内容については、すでの国内外の会議で一部を発表しているが、これまでの方法による陽子除去についてシミュレーションと矛盾しない結果が得られている。今後は、新しい陽子除去方法の開発のためにデータ解析を進める予定である。

【研究種目】国際学術研究

【研究期間】1997

【配分額】5,100千円 (直接経費: 5,100千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】05402006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電子 / 宇宙線 / 超新星 / 加速機構 / シンチファイバー / 気球 / イメージング / 高エネルギー / 加速 / 陽電子

【研究成果の概要】

我々がこの研究費で開発を行なったシンチファイバー(SciFi)を用いた電子観測装置(BETS:Balloon Borne Electron Telescope with Scintillating Fibers)は、ほぼ期待どおりの性能を達成しており、気球実験により10GeV-100GeVの電子エネルギースペクトルの観測に成功している。そして、拡散モデルにもとずく計算結果との比較により、超新星起源の電子の加速と伝播に関する知見を得ている。この装置は、従来の装置では困難なTeV領域での観測を数年間にわたって行なう能力を持っており、今後はスペースでの観測を目指している。各年度毎の研究成果は以下に示すとおりである。
平成5年度:BETSの基本設計および試作、テストフライト
装置の基礎設計を行うために各種のシミュレーション計算を実施し、同時にSciFiの基本性能テストを行なった。その結果、28cm×28cmの有効面積を持つ装置を製作する方針をきめた。さらに、原子核乾板を併用して、SciFiの位置検出性能と荷電分離性能、および高エネルギー電子の識別の確認を行うことにした。気球搭載用の回路システム、テレメトリーシステムを製作し、9月に気球によるテストフライトを行なった。
平成6年度:装置改良および第2回フライト
前回のテストフライトの結果をもとに、I.Iの性能増強、テレメトリーの機能強化、重イオン用トリガーモードの追加等装置の改良を行ない、2回目のフライトを行なった。この観測では、シャワー現象を約10万例が観測され、LEDを用いたSciFiの位置較正による画像解析の方法を確立した。
平成7年度:BETS-2の製作の第3回フライト
シンチファイバーの数をこれまでの2倍(約10,000本)にしてx、y方向を各々独立に二台のI.Iで読みだすための装置増強を行なった。このBETS-2を用いて気球観測を行ない、36km以上の高度で約7.5時間分のシャワーデータを得た。機上でのトリガーと画像解析により、陽子雑音は1/2000以下になっていることが確認され、原子核乾板の解析との比較でも50GeV以上の電子についてはほぼ完全な対応が得られた。
平成8年度:加速器テスト
9月にCERN-SPSのの電子ビームをもちいて装置の較正実験を行なった。この結果、観測データのエネルギー較正と電子選別の確認がおこなわれ、エネルギースペクトルが得られている。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1993 - 1996

【配分額】29,100千円 (直接経費: 29,100千円)