Calibration of the absolute energy scale of gamma-ray telescopes with balloon toward dark matter detection

用于暗物质探测的带气球伽马射线望远镜绝对能量标度的校准

• 批准号: 20K14484
• 负责人: 高橋 光成
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Nagoya University (2021-2022)The University of Tokyo (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14484/
• 关键词: 紫外線ＬＥＤ; 気球; ゾンデ観測システム; ガンマ線; チェレンコフ光; 暗黒物質; 超高エネルギー

気球に搭載して高度約10kmまで上昇させ、地上の望遠鏡から観測する光源の開発、試験を行った。前年度までに紫外線LEDを幅100ns程度の高速で駆動する回路の製作・試験を行ったが、これは重い固定電源から電力を供給するため気球に搭載できるものではなかった。当該年度は一般的な単3ニッケル水素電池3本でLED1個を駆動する回路を開発、試験した。電池から得られた電圧は昇圧され、9.8~11Vの範囲で設定できる。回路は㈱カイズワークスに設計・製作してもらい、名古屋大学で光量・パルス幅を測定した。測定では実際の光源の観測を想定して望遠鏡カメラに用いられる光電子増倍管で光パルスを検出した。その結果、電圧を最大にした場合、約40個のLEDを同期して発光させることで望遠鏡での検出に十分な光量が得られることがわかった。一方で当初想定していたLEDは20個程度であり、費用増加を避けるために1個あたりの電流量の改善を図る必要も生じた。パルス幅は想定していた100 ns程度となり、望遠鏡での観測時にカメラをトリガーし良好なシグナルノイズ比が得られると考えられる。また回路の重量はおよそ100gとなり、LED40個分とした場合でも電池を含めた重量が2kg強に収まると見積もることができた。これによりゴム製の軽気球を用いて打ち上げられる見通しが付き、大まかな設計を定めることができた。この他、所属する名古屋大学宇宙地球環境研究所の談話会での講演で計画に触れ、大気の専門家を含む出席者と意見交換を行った。

我们开发并测试了一种光源，可以安装在气球上并升至约 10 公里的高度，并通过地面望远镜进行观察。直到去年，我们已经生产并测试了一种以约 100 ns 的宽度高速驱动紫外线 LED 的电路，但这并不是可以安装在气球上的东西，因为它由重型固定电源供电。在本财年，我们开发并测试了一种使用三节标准 AA 镍氢电池驱动一个 LED 的电路。从电池获得的电压被升压，可设置在 9.8 至 11V 的范围内。该电路由Kai's Works Co., Ltd.设计和制造，光强度和脉冲宽度在名古屋大学测量。在测量中，假设观察实际光源，使用望远镜相机中使用的光电倍增管检测光脉冲。结果表明，当电压设置为最大时，同步点亮约 40 个 LED 可以为望远镜探测提供足够的光线。另一方面，最初的计划是使用20个左右的LED，为了避免成本增加，需要提高每个LED的电流量。脉冲宽度约为100 ns，这是预期的，并且认为在用望远镜观察时触发相机可以获得良好的信噪比。电路的重量约为100克，即使相当于40个LED，我们也可以估计，包括电池在内的重量也只有2公斤多一点。这给了我们使用轻型橡胶气球发射的前景，并且我们能够确定粗略的设计。此外，他还在自己所在的名古屋大学天地环境研究所举办的研讨会上发表演讲，谈到了这一计划，并与包括大气专家在内的与会者交换了意见。