Development of an in-flight X-ray energy calibration method using short-lived nuclei for Antarctic orbiting balloon experiments

开发用于南极轨道气球实验的使用短寿命原子核的飞行中 X 射线能量校准方法

• 批准号: 22K20375
• 负责人: 水越 彗太
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20375/
• 关键词: 暗黒物質; 反重陽子; 大気球; シリコン検出器; 短寿命核; 気球; 較正

暗黒物質は未知の素粒子であると予想されているが、決定的な証拠の検出には至っていない。長時間南極気球飛翔でシリコン検出器を用いたGAPS実験は、背景事象フリーで反重陽子を検出することで暗黒物質を間接探索する実験であり、現行の直接探索手法、加速器探索手法と相補的である。GAPS実験ではシリコン検出器アレイによって反重陽子を捕獲し、生成される励起エキゾチック原子核からのX線を再構成することによって、粒子識別を行う。識別に必要な高いエネルギー分解能を得るためには、気球環境でも動作するシリコン検出器の冷却が必須であり、さらに飛翔中の較正が必要になる。GAPS実験では自励振動ヒートパイプとサーモサイフォンの原理を用いた冷却系を導入する。このヒートパイプでは、シリコン検出器から発生する熱を主な動力源として用いて、動作条件の厳しい気球環境下でもポンプなどのアクティブな動力源なしに駆動する。また、GAPS実験では、南極の環境保護と回収の安全の観点から、放射線源を搭載することが極めて難しい。本研究では、温泉地帯などでみられる比較的高いラジウムを含んだ鉱石から放出されているラドン-220を用いることを着想した。ラドン-220は連続的に崩壊し鉛-212となり、この鉛から放出される77 keVのX線を較正に用いる。鉛は半減期11時間で崩壊するため、観測初期にほとんどが崩壊し、背景事象として残らない。ラドンをヒートパイプ中に封入することで、全てのシリコン検出器の近傍でX線を照射することができる。本年度は、冷却のためのヒートパイプを構築し、地上でシリコン検出器が十分に冷却可能であることを実証し、シリコン検出器の性能評価を行なった。また、飛翔中の線源較正となる短寿命核の生成源としてバドガンシュタイン鉱石を検討し、含有されるウラン、トリウム系列の原子核の量をゲルマニウム検出器を用いて定量的に評価した。

Dark matter is an unknown particle. It's an unknown particle. Long time Antarctic flight, high temperature detector, GAPS, background event, high temperature detector, dark matter indirect exploration, current direct exploration method, accelerator exploration method complement. GAPS is a system for detecting and capturing particles, generating excitation signals, and reconstructing X-rays from atomic nuclei. Identification of the necessary high temperature decomposition energy is necessary for the cooling of the detector in the air and in the air environment. The principle of GAPS self-excited vibration is introduced into the cooling system. The heat source is generated by the engine, and the power source is generated by the engine under the operating conditions and in the spherical environment. GAPS is responsible for environmental protection and safety in Antarctica. It is extremely difficult to carry radioactive sources. This study is based on the comparison between the hot spring area and the hot spring area. The lead-212 emission of the lead-220 is 77 keV and the X-ray correction is used. The lead half time period is 11 days, the initial period of the test is 11 days, and the background event is 11 days. The X-ray radiation near the detector can be detected by the whole system. This year, the performance evaluation of the cooling system was conducted. The source of short-lived nuclei in flight is relatively positive. The source of short-lived nuclei in flight is relatively positive. The quantity of nuclei containing the series of nuclei in flight is relatively positive. The quantitative evaluation of short-lived nuclei in flight detector is also carried out.

项目成果

Capabilities of the GAPS experiment with balloon-borne tracker and the current status

气球载跟踪器GAPS实验能力及现状

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoya Naito;Gianluca Colo;Haozhao Liang;Xavier Roca-Maza;and Hiroyuki Sagawa;内藤智也;Tomoya Naito;辻直希;Tomoya Naito;Keita Mizukoshi
• 通讯作者: Keita Mizukoshi