【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】22244019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線(実験) / γ線検出器 / 134Cs / 137Cs / 福島原発 / 除染 / 放射能 / 大気チェレンコフ望遠鏡 / 光電子増倍管 / HQE / 福島第一原発 / 放射能汚染 / 放射性Cs / γ線 / FPGA / プリアンプ / 高圧回路 / 空気シャワ / アナログメモ / 活動銀河中心核 / 宇宙ガンマ線背景放射

【研究成果の概要】

大規模チェレンコフ望遠鏡アレイのために、分割鏡、および光検出器、電子回路などのR&Dを行い、それなりの試作品を完成することができた。本計画のための大型予算もつき、さらに大震災による放射能被害などがあり、これらの試作コンポーネントを放射能測定のために有効利用できる可能性があったために急きょ方向のわかるガンマ線カメラのR&Dを始めることにした。現時点で134,137Csからのガンマ線の方向が3度程度でわかり、0.23μSv/h以上の地域での測定が可能な世界最高性能のガンマ線カメラ(ガンマアイ)を作ることに成功した。製作コストも他の類似製品の約10分の1である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)

【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】14340068 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液体キセノン / ガンマ線検出器 / シンチレーション / パルス管冷凍機 / 光電子増倍管 / レーザーコンプトン / PET / MEG実験 / シンチレーション光 / キセノン純化装置 / 低音用光電子増倍管 / 循環式液体キセノン純化装置

【研究成果の概要】

ここでは、数百keVから数十MeVのガンマ線のエネルギー・位置および時間をこれまでにない高い精度で測定できる、新しいタイプの液体キセノン・ガンマ線検出器の開発を行い、汎用的に使える検出器として実用化を目指した。これにより、このエネルギー領域のガンマ線を用いる基礎科学分野において画期的な進展を図るものである。そのためにこのエネルギー領域のガンマ線を完全吸収できる100リットルの検出器を製作した。キセノン温度(マイナス100度)で効率の良い冷凍機や、この低温下でキセノンの出す紫外光(波長およそ178nm)に感度の良い光電子増倍管、紫外光を吸収する少量の不純物を取り除くためのキセノンの純化装置など、検出器に必要な要素の開発を行った。その結果、低温下での安定した長期運転と、紫外領域でのシンチレーション光の測定という、実用化に伴う困難はほぼ解決することができた。ここでは、ミュー粒子稀崩壊探索実験の準備用に使った様々なインフラストラクチャを活用することで迅速にかつ安価に開発を進められた。また、電子蓄積リングでのレーザー逆コンプトン反応によるガンマ線を使って検出器のエネルギー・時間・位置分解能を測定し、その性能の高さを実証した。これらの成果により、素粒子実験用検出器のみならず、医療診断に使われるポジトロントモグラフィー(PET)への応用も目途が付いてきた。この研究成果をさらに発展させ、今後は検出器を大型化して、より高いエネルギー(数百MeVから数十GeV)のガンマ線に対しても同様の性能を持つ検出器が実現できるか検討していきたいと考えている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】14,700千円 (直接経費: 14,700千円)

【研究分野】核・宇宙線・素粒子

【研究領域課題番号】04402006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

弱い相互作用 / CP非保存 / K中間子 / CsI / 光電子倍増管 / データ収集システム / ガンマ線検出器 / 光電子増倍管 / 稀崩壊 / CsIカロリメータ

【研究成果の概要】

1.Fermilab E731実験の解析
CP非保存のパラメータε′/εを測定する実験の解析を行い、論文発表を行った。
2.Fermilab E799-I実験の解析
K_L中間子の稀崩壊実験の解析を行い、K_L→π^0ee,K_L→π^0μμ,K_L→π^0νν,K_L→eeee,K_L→eeγγ,K_L→μμγ,K_L→π^0π^0γ,π^0→ee,π^0→μeなどの崩壊について論文発表を行った。
3.Fermilab KTeV実験の準備
1996年7月より開始するKTeV実験のために、次のプロジェクトを担当した。
*CsIの結晶を用いた電磁カロリメータに用いる、線形性に優れた光電子増倍管の開発を行った。また、光電子倍増管の試験装置を独自に作り、できてきた約2400本線形性、レート依存性を0.2%以下の精度で測定した。
*メモリーのマトリックスと高い能力をもつ計算機を組み合わせることにより、20kHzで来る8kbyteの事象を読み出し、全事象その場で解析して必要なものだけをテープに書き出す超高速データ収集装置をFermilabと共同で開発した。
*CsIカロリメータの穴の周りに置くγ線検出器をシミュレーションとテスト実験の結果をもとに設計を行い、プロトタイプの試験を行った後、実機を製作した。
*KTeV実験で探索する種々の崩壊についてモンテカルロシミュレーションを行い、それらに対する感度、及びバックグラウンドの種類と量を見積もった。また、解析のためのプログラムの開発も行った。

【研究種目】一般研究(A)

【研究期間】1992 - 1995

【配分額】33,000千円 (直接経費: 33,000千円)