Challenges in Neutron Lifetime Measurement Using Lunar Orbiting Satellites

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中性子の寿命が主要な2種の測定手法により違いがある問題に対して、惑星探査衛星による新しい測定手法が考案されている。その実現に向けて、熱中性子・高速中性子・ガンマ線を弁別できるプラスチックシンチレータEJ-270を光センサーSilicon Photomultiplier (SiPM)で読み出す、新しい技術を使った中性子検出器を開発した。(1) EJ-270を搭載したキューブサット1Uサイズの検出器を開発している。7 cm x 7 cm x 1 cmサイズのシンチレータの側面にSiPMを取り付けるというシンプルな設計で、中性子検出器を製作している。熱中性子用の薄いEJ-270、熱外中性子用の厚いEJ-270、ガンマ線取得用の結晶シンチレータをキューブサット1Uサイズ(10 cm四方)に収めることで、複数ミッションの実現及び衛星搭載機会の拡充を目指している。(2) EJ-270による熱中性子・高速中性子・ガンマ線の弁別に成功した。EJ-270は、熱中性子・高速中性子・ガンマ線がシンチレータに入射した際の反応過程及び信号波形の違いにより粒子種の弁別を行う。製作した検出器に中性子線源を当て、その信号波形をサンプリングして解析、波形弁別のパラメータを計算した。これにより現行の設計で、熱中性子・高速中性子・ガンマ線の弁別ができることを確認した。（3） EJ-270を搭載した検出器を気球に乗せて成層圏まで上昇させ、宇宙に近い環境での実証試験を行なった。宇宙に近い低温・低圧、高放射線の環境下で、EJ-270による熱中性子の弁別性能、検出効率を検証した。故障なく回収しデータを取得することができ、中性子の検出数が高度により違うことを確認した。