Opening of MeV astronomy with semiconductor Compton camera

半导体康普顿相机开启MeV天文学

• 批准号: 20H00157
• 负责人: 中澤 知洋
• 金额: $ 28.7万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 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-20H00157/
• 关键词: 高エネルギー宇宙物理学; MeVガンマ線; 半導体コンプトン望遠鏡; 気球実験; MeV宇宙観測; 半導体コンプトンカメラ; DSSD; CdTe-DSD; miniSGD; 宇宙物理; 大気球実験

宇宙観測でMeVガンマ線だけは観測感度が数桁も劣り、その改善は宇宙観測の最重要課題の一つである。有力な解として世界中で半導体コンプトン望遠鏡 (Semiconductor Compton Telescope, SCT)の開発が進んでいる。我々は広島大学やJAXA等とともに日本独自のSi/CdTe-SCTを開発 し、2016年に「ひとみ」衛星に搭載してSCTとして世界で唯一軌道上で動作実績を得た。初期運用中に衛星が失われてしまったが、たった1.5 時間の観測で「かに星雲」の100 keV帯の偏光観測に成功するなど、開発の最先端にある。本研究では「アクティブシールド付きSi/CdTe-SCT」の、将来の超長時間気球への適用を目指し、小型の試作機miniSGDを用いてその観測性能を検証する試験観測を実施することを目標とする。装置の基本構成部分に、次世代の硬X線の高感度観測を目指すFORCE衛星向けに開発中の技術を採用し、その基礎開発も兼ねている。2023年初頭の気球実験へ向けて、2021年度は急ピッチで検出器システムを開発した。コアとなる SCT は、CdTe部を9月までに４セット、シリコン部も11月までに2セット揃え、データ取得系も含めてSCTとしての動作試験を12月に実施した。コンプトン撮像に成功し、正しく動作していることを示した。シールド部の開発も進め、12月には全系を組み合わせた動作試験を実施した。その後、試験場所を名大に移動して試験を継続し性能検証を進めている。電源となる電池の手配も終わり、耐圧容器の鍵を握る入射窓の開発と耐圧試験を実施した。データ送信やコマンド受信系の開発も進めた。また提案に参加しているアメリカのMeV観測小型衛星COSIが、12月に2025年打ち上げで採択され、米欧日のコラボレーションが立ち上がった。MeV宇宙観測の新時代がまさに始まりつつある。

在空间观察中，MEV伽马射线的观察灵敏度降低了几个数量级，而改善这是空间观察中最重要的问题之一。在世界范围内开发了一个有希望的解决方案，以开发半导体康普顿望远镜（SCT）。我们与广岛大学，Jaxa等人一起开发了日本自己的SI/CDTE-SCT，在2016年，我们是世界上唯一在轨道上获得性能的SCT。该卫星在初始操作期间丢失了，但它处于发育的最前沿，对蟹状星云的100 keV带的成功，仅观察到1.5小时。这项研究旨在将“主动屏蔽的SI/CDTE-SCT”应用于未来的超长气球，目的是使用MinisGD小型原型进行测试观测，以验证其观察性能。该设备的基本组件是目前正在为Force卫星开发的技术，该技术旨在观察下一代硬X射线高度敏感，并作为其基本发展。为了准备2023年初的气球实验，我们于2021年以快速速度开发了一个探测器系统。核心SCT到9月份有四组CDTE切片，到11月之前有两组硅切片，并在12月在包括数据采集系统（包括数据采集系统）进行了运营测试。康普顿的图像已成功捕获，并表明其运行正确。盾牌部分的开发也在进行中，并在12月使用所有系统组合进行了操作测试。之后，测试地点被移至名古屋大学，继续进行测试和绩效验证。将完成作为电源的电池的布置，并且已经开发了持有抗压容器和抗压测试的发射窗口的开发。我们还开发了数据传输和命令接收系统。此外，参与该提案的美国MEV观察卫星的COSI在12月的2025年推出，美国，欧洲和日本在2025年发行。 MEV太空观察的新时代已经开始。

项目成果

広帯域X線の高感度観測衛星 FORCE：高精度の姿勢決定系の検討と汎用天文台としての位置づけ

高灵敏度宽带X射线观测卫星FORCE：作为通用天文观测站的高精度姿态确定系统和定位的思考

• 发表时间: 2023
• 作者: 中澤知洋;森浩二;村上弘志;久保田あや;小林翔悟;幸村孝由;萩野浩一;高橋忠幸;馬場彩;小高裕和;寺田幸功;榎戸輝揚;内山泰伸;佐藤寿紀;石村康生;北山哲;谷津陽一;藤田裕;石田学;渡辺伸;山口弘悦;中嶋大;古澤彰浩;信川正順;太田直美;鶴剛; 他 FORCE WG
• 通讯作者: 他 FORCE WG

University of California, Berkeley/Naval Research Laboratory/NASA Goddard Space Flight Center(米国)

加州大学伯克利分校/海军研究实验室/NASA 戈达德太空飞行中心（美国）

広帯域X線の高感度観測衛星 FORCE：広帯域撮像検出器のサブシステム検討とCdTeイメージャ開発の現状

FORCE，宽带 X 射线高灵敏度观测卫星：宽带成像探测器子系统研究和 CdTe 成像仪开发现状

• 发表时间: 2021
• 作者: Nanayama Futoshi;Yamasaki Toru;Kanamatsu Toshiya;Iwano Hideki;Danhara Tohru;Hirata Takafumi;Ryuki Hyodo;笠原慧，河北秀世，新中善晴，吉岡和夫，坂谷尚哉，亀田真吾，松岡彩子，村田直史，原田裕己，船瀬龍，中島晋太郎，尾崎直哉，宇佐美尚人，Comet Interceptor science team;中澤知洋，信川正順，鶴剛，田中孝明，武田彩希，他
• 通讯作者: 中澤知洋，信川正順，鶴剛，田中孝明，武田彩希，他

気球実験用ミニ半導体コンプトン望遠鏡に向けたBGOアクティブシールドの開発

用于气球实验的微型半导体康普顿望远镜BGO主动屏蔽的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 安藤美唯;中澤知洋;辻結菜;大熊佳吾;武田伸一郎A;渡辺伸B;高橋忠幸A;小林昌彦;石田直樹C
• 通讯作者: 石田直樹C

狭視野の半導体コンプトンカメラによる sub-MeV 大気球実験

使用窄视场半导体康普顿相机进行亚兆电子伏气球实验

• 发表时间: 2020
• 作者: Niu Q.;Knebel G.;Braithwaite D.;Aoki D.;Lapertot G.;Valiska M.;Seyfarth G.;Knafo W.;Helm T.;Brison J.-P.;Flouquet J.;Pourret A.;中澤知洋
• 通讯作者: 中澤知洋