放射光偏光X線を用いた撮像型キャピラリーガス比例計数管の特性試験

放射光偏光X線を用いた撮像型
キャピラリーガス比例計数管の特性試験
櫻井敬久、郡司修一、門叶冬樹、
齋藤信人、氏家夏樹、茂木鈴香(山形大理),
林田清(阪大理),
豊川秀訓、鈴木昌世、広田克也(JASRI),
岸本俊二(KEK)
Purpose
 X線光電子飛跡撮像による
宇宙X線偏光度検出器の開発
 偏光X線を用いた性能評価
 放射光を用いた特性試験
X線光電子飛跡像を用いた偏光度検出器
入射X線
d
Z  mc

 r02
4 
d
137  h
5
X-ray
Polarization
K殻光電子
 4 2 sin 2 (q ) cos 2 (j )

(1   cos(q )) 4

detector plane (X-Y）
Auger Electron
q
Y
j
7
2
Heitler W.,The Quantum Theory of Radiation
Z
光電子射出角
の X-Y分布
2
Photo Electron
Track
X
Bragg refrection Thomson scattering X-ray CCD Gas track
Energy Range 2.6keV,5.2keV
5-15 keV
20-40 keV 3-100 keV
Imaging
×
×
◎
○
Spectroscopy
△
○
◎
○
Timing
◎
◎
△
◎
Polarimetry(M.F.)
>90%
>50%
10-20%
>50%
キャピラリープレートガス比例計数管（CGPC）
22keV X線光電子
22keV X線光電子
Fine Imaging機能を持つ
広帯域X線撮像型X線偏
光度検出器として開発。
放射光を用いた特性試験
放射光実験のセットアップ
実験パラメータ１
放射光ビームラインエネルギーサイズ偏光方向
S P ring- 8
B L3 8 B 1
2 0 keV
2 0 0 m 角
水平
K EK P F
B L1 4 A
2 0 keV
4 0 0 m 
垂直
偏光度
93%
77%
実験パラメータ２
放射光ビームライン強度 1 (P hoton/ cm 2 / s) 強度 2 (P hoton/ s)
S P ring- 8
B L3 8 B 1
3 .6 x1 0 1 2
9 .6 x1 0 2
K EK P F
B L1 4 A
1 .2 x1 0 1 0
1 .8 x1 0 3
1.Cu
Filter なし
2.Cu
Filterあり、CIGC入射時。
結果：積算イメージ（SPring-8）
20秒積算（約560events）
Energy
Resolution
23% @ 20 keV
Lorentzian and liner fitting.
FWHMx=1.72 mm
FWHMy=1.36 mm
FWHM X
 1.26
FWHM Y
結果：積算イメージ（KEK PF）
20秒積算（約800events）
Energy
Resolution
18% @ 20 keV
Lorentzian and liner fitting.
FWHMx=1.35 mm
FWHMy=2.38 mm
FWHM X
 0.58
FWHM Y
１イベント(CGPC Anodeトリガー)の解析方法
２）重心（XC,YC）
M 10
Xc 
M 00
（Xc,Yc)=(309,187)
q = 128.4°
M 01
Yc 
M 00
３）X軸に対する最小２次
モーメント軸（q）
a
1）0～２次のモーメントを計
算。I(x,y)は光量
M ij   x y I ( x, y )
i
x
y
j
M 20
M

 X c2 b  2 11  X cYc 
M

M 00
 00

M 02
c
 yc2
M 00
arctan b, a  c 
q
2
４）最小２次モーメント軸が
X軸に平行になる様に回転。
（回転中心→重心を画像中心）
 X ,   cos q
 
 Y ,    sin q
  
sin q  X  X c  X imageC 


cos q  Y  Yc  YimageC 
５）X軸射影図から飛跡
のエンドポイント領域
を除く。
(X線入射位置情報を使用)
飛跡のエンドポイント
を除いた領域
（Xc,Yc)=(309,187)
q = 128.4°
q 2 = 158.3°
最初の座標系
６）飛跡のエンドポイントを除いた
領域を最初の座標に戻し、この像
に対して最小２次モーメント軸q2を
求める。
サンプルイメージ
Straight
Multiple
Scattering
Diffusion
結果:SPring-8
重心分布
平均：2mm
q2分布（3444イベント）
M.F.=19.7±2.4%
結果:SPring-8
>1mm
M.F.=19.7±2.4%
3444 events
M.F.=21.0±2.7%
2782 events
>2mm
>1.5mm
M.F.=26.0±3.6%
1579 events
結果:KEK PF
平均：1.7mm
q2分布（1247イベント）
M.F.=31.2±4.1%
重心分布
まとめ
キャピラリーガス比例計数管（CGPC)を用いた光電子飛
跡撮像によるX線偏光度検出器の開発を行っている。
放射光（SPring-8, KEK PF）偏光X線を用いて
CGPCの特性試験を行った。
水平（SPring-8）、垂直(KEK PF)に偏光したX線に対する
偏光検出能力は、それぞれ19.7±2.4%、 31.2±4.1%。
今後の予定
偏光検出能力の位置に対する依存性
偏光検出能力のエネルギー依存性
結果:SPring-8
結果:KEK PF
Performance of X-ray polarimeter
The photo-electric effect is very sensitive to photon polarization
d
Z  mc

 r02
4 
d
137  h
5
Incoming
X-ray
Z
X-ray
Polarization
X-ray
Polarization
2
7
2
 4 2 sin 2 (q ) cos 2 (j )

(1   cos(q )) 4

Heitler W.,The Quantum Theory of Radiation
q
Ejected K-shell
Photo-electron
detector plane (X-Y）
Auger Electron
j
Y
Angular distribution on
the detector plane (X-Y)
Photo Electron
Track
X
Bragg refrection Thomson scattering X-ray CCD Gas track
Energy Range 2.6keV,5.2keV
5-15 keV
20-40 keV 3-100 keV
Imaging
×
×
◎
○
Spectroscopy
△
○
◎
○
Timing
◎
◎
△
◎
Polarimetry(M.F.)
>90%
>50%
10-20%
>50%
キャピラリープレートガス比例計数管（CGPC）
Fine Imaging機能を持つ広帯域X線
撮像型X線偏光度検出器として開発。

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