MeVガンマ線天文学を切り拓く超高感度MeVガンマ線カメラの開発

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宇宙MeVガンマ線観測は宇宙の元素起源や暗黒物質の解明にアクセスできる重要な観測領域であるが、この20年もの間、MeVガンマ線検出器の感度は向上しておらず、観測が停滞している。その理由は、従来型のMeVガンマ線検出器のバックグラウンド除去能力とイメージング能力が欠如しているからである。これを解決するためには、コンプトン散乱事象の全ての情報を取得可能な、MeVガンマ線望遠鏡ETCCが有用である。しかし、ETCCでは、コンプトン散乱体として物質密度の小さいガスを用いているため、ガンマ線に対する有効面積が小さいという問題がある。そこで本研究では、コンプトン散乱断面積の大きなガスであるCF4ガスを高圧ガス環境下で運用する「高圧CF4ガス充填式飛跡検出器」の開発を行う。2022年度の研究では、ガス検出器u-PICとCF4/Neガスを用いた基本特性試験を行った。ここでは、u-PICにCF4/Neガスを充填してガス利得の調査をした。CF4ガス単体では先行実験でガス利得が得られにくいことがわかっていたため、ここではNeガスを添加している。また、比例計数管での試験では、Arガスを少量混ぜることでペニング効果によってガス利得が増加することが知られているため、本実験でも少量のArガスを添加することを試みた。その結果、Ar/(Ne+Ar)の比率で0.5%の添加量で最大のガスゲインが得られることを確認した。1気圧下では電子飛跡を取得するのに十分なガス利得が得られたが、2気圧では得られなかった。高気圧環境下ではガス増幅を引き起こすための電圧が非常に大きくなるが、u-PIC電極に大きな電圧(720V)を与えた際の放電が原因となっていた。そこで、高電圧耐性のある新型TGVu-PICを用いることでこれに対処した。780Vもの電圧を供給しても放電せず、電子飛跡取得可能なガス利得を得ることが可能となった。