[M-IS24] 大気電気学：大気電気学分野での高エネルギー現象

[MIS24-03] 雷放電に伴う突発ガンマ線の指向性観測のためのチェレンコフ検出器開発

*安藤 美唯¹、中澤 知洋¹、大口 真奈里¹、久富 章平¹、大熊 佳吾¹、大宮 悠希¹、田中 敦也¹、榎戸 輝揚^3,2、和田 有希⁴、湯浅 孝行⁵ (1.名古屋大学、2.理化学研究所、3.京都大学、4.大阪大学、5.民間企業)

キーワード：雷ガンマ線

冬季の日本海沿岸部では、雷雲中の静電場によって相対論的速度まで加速され雪崩増幅した電子による制動放射ガンマ線が観測され、そのエネルギーは30 MeVにも達する。我々名大チームは2018年から GROWTH (Gamma-ray Observation of Winter Thunderclouds)実験に参加し、この雷ガンマ線の地上観測を行なっている。
雷ガンマ線として、雷雲そのものが数分にわたって放射するガンマ線グローと、雷放電と同時に瞬間的に放射するTGF (Terrestrial Gamma-ray Flash)とが知られている。中でもTGFは数百µsの間に1 cm²あたり数万個を超えるMeVガンマ線が到来する極めて高輝度な放射であり、その定量的な観測は容易ではない。
2021年まで我々はグローの高度測定用検出器GOOSEを展開し雷ガンマ線の観測を行ってきた。GOOSE検出器はグロー検出に最適化されているためTGF観測に適しているとは言えないが、１光子ごとの情報を保存するデータ取得系の特徴を生かし、現在までにTGFの多地点観測および電波アレイで同定した雷放電ステップとの比較に成功している(本大会大口講演)。しかしながらこうした解析の中で、雷放電の位置とTGF発射位置の一致性をデータから求めることが重要であるとの認識に至った。そこで我々は現在、世界初の地上での近距離からのTGF指向性観測を目指し、チェレンコフ光を用いた検出器の新規開発の取り組んでいる。
本検出器は、長さ70 mmのアクリルロッド内でMeVガンマ線に起因して発生する荷電粒子が発するチェレンコフ光を両端の光センサで読み出し、その光量差を用いてガンマ線の入射角を推定する設計になっている。2022年に開発した試作検出器は、このロッド型検出器を四角錐の側辺に4本配置した構成で、設置方向の異なる4本のデータを利用してTGFの到来方向検出を行う。
製作した試作チェレンコフ検出器の性能試験のため、加速器駆動型中性子源KUANSにて即発ガンマ線を用いて、8 MeVまでのガンマ線照射実験を行なった。検出器の仰角30、45度それぞれで、水平角を45度刻みで照射をした結果、一定の統計が得られれば、各測定の角度を区別できることが分かった。試作チェレンコフ検出器は2022年12月から石川県金沢市に設置しており、TGFイベントを2個検出している。統計は悪いものの信号は得られており、今後これらの解析を進めていく。