月惑星表面の水探索に向けた広いエネルギー帯に対応する小型中性子分光計の基礎開発

紧凑型中子能谱仪的基本开发，可覆盖较宽的能带，用于月球和行星表面的水探索

• 批准号: 22K12675
• 负责人: 草野 広樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12675/
• 关键词: 中性子検出器; シンチレータ; パルス波形弁別; 水分計測; 月惑星探査

月表層の水の存在量と分布は、惑星科学や宇宙資源の観点から注目されている。中性子分光は表層に含まれる水分量を推定する有力な手法であり、本研究では、熱中性子から高速中性子までの幅広いエネルギーに対応可能で宇宙機搭載リソースの小さな中性子分光計の開発を目的とする。2022年度は、月面中性子環境のシミュレーション計算と検出器試作機の基礎特性評価を実施した。月面中性子環境は、銀河宇宙線による月面での中性子生成・輸送について、Geant4を利用して定量的に評価した。本研究により、漏出中性子が水の深さ分布の影響を受けること、漏出中性子計測により含水層の深さ・厚さを制約できる可能性があること、が示された。これは、ローバ探査のようにその場の局所的な条件に依存する場合に、水分量の定量精度の向上および利用可能性の評価のために特に重要である。中性子検出器の基礎特性評価では、検出器応答のシミュレーション計算をもとに仕様を決定し試作機を製作した。シンチレータは、リチウムガラス（GS20）と波形弁別プラスチック（EJ-276D）を接合したホスウィッチ型とした。PMTとデジタイザで信号波形を取得し、発光減衰時間の違いを利用して粒子弁別を行った結果、GS20とEJ-276D、およびEJ-276Dの高速中性子とガンマ線を弁別できることを確認した。弁別性能の良さを表す性能指数は、電子等価エネルギー200 keV以上に対して、EJ-276Dの中性子とガンマ線が1.2以上、EJ-276DとGS20が2.1以上となり、十分な弁別性能が得られた。また、熱中性子遮蔽材（カドミウム）を利用することで、GS20により熱外中性子を計測できることを確認した。従って、熱・熱外中性子、高速中性子、ガンマ線を波形と熱中性子遮蔽により弁別して計測可能であることを実験的に実証した。

从行星科学和太空资源的角度来看，月球表面的水丰度和分布引起了人们的关注。中子光谱法是一种估计表面层中含有水分量的强大方法，本研究旨在开发一个可以容纳从热中子到高速中子的广泛能量的中子光谱仪，并且在板上的航天器上具有少量资源。在2022财年中，进行了月球中子环境的模拟计算和检测器原型的基本特征评估。使用Geant4定量评估月球中子环境，用于通过银河宇宙射线在月球表面的中子产生和运输。这项研究表明，泄漏的中子受水的深度分布的影响，并且泄漏的中子测量可能会限制含水层的深度和厚度。这对于提高水分含量的量化准确性以及评估可用性尤其重要，当时它取决于当地条件的原位，例如在Rover探索中。在中子检测器的基本特征中，根据检测器响应的模拟计算和制造原型确定规格。闪烁体是Hoswich型粘合锂玻璃（GS20）和瓦楞纸塑料（EJ-276D）。使用PMT和数字化器获取信号波形，并使用发射衰减时间的差进行粒子歧视，因此可以证实高速中子和GS20，EJ-276D和EJ-276D的高速中子和伽马射线可以被区分。代表良好歧视性能的功绩图为200 keV或更多的电子等效能量为1.2或更多，而EJ-276D和GS20对于EJ-276D和GS20的EJ-276D和GS20为2.1或更多，实现了足够的区分性能。还可以通过使用热中子屏蔽材料（镉）来使用GS20测量热中性中子。因此，已经在实验上证明，可以通过波形和热中子屏蔽来歧视热中子，高速中子和伽玛射线。

项目成果

月表層の水探査に向けた中性子生成および輸送シミュレーション

月球表层水勘探的中子产生和传输模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 草野広樹;長岡央;榎戸輝揚;晴山慎
• 通讯作者: 晴山慎