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GlastIcrr_2005Feb.ppt
γ線衛星GLASTの概要と開発試験
February 24, 2005@ICRR
Tsunefumi Mizuno
広島大学理学部
[email protected]
History of Changes:
February 23, 2005 written by T. Mizuno
Tsunefumi Mizuno
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GlastIcrr_2005Feb.ppt
GLAST Large Area Telescope
GLAST (Gamma-ray Large Area
Space Telescope)=LAT+GBM
LAT: Large Area Telescope
TKR(U.S.A., Japan, Italy):
Si-Strip Tracker with Lead converter
18 X-Y tracking planes,
228um pitch, 8x105 channels

•γ線のidentification、到来方向の測定
•Siストリップを用いることで、高分解能を
達成
2007年打ち上げ予定
4X4=16 towers
3000kg, 650 W, 1.8x1.8x1m3
(30MeV-300GeV)
ACD(U.S.A.):
Segmented 89 plastic
scintillator tiles
•荷電粒子backgroundの除去
•セグメント化で高エネルギー
でのself-vetoを減らす
Tsunefumi Mizuno
CAL(U.S.A., France, Sweden):
e+
e–
Hodoscopic array of 1536 CsI(Tl)
scintillators (8 layers in each
tower)
•Showerの発達を追い、エネル
ギーを測定
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Expected performance of GLAST
LATによるγ線宇宙の観測
• 広視野 (~2sr、全天の20%)
• 高位置分解能 (10’ in E>10 GeV)
• 大有効面積 (~10000 cm-2)
Angular Resolution
Effective
Area
Tsunefumi Mizuno
圧倒的な高感度 (next slide)
Relative
Effective Area
Energy
Resolution
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Sensitivity of GLAST LAT(1)
10-9
Crab
Nebula
•E^-2(integralならE^-1)なるスペクト
ルを持つ点源に対する5σ検出感度
1-year observation
(galactic center region)
1-year observation
(high galactic latitude)
10-10
~10 photons will be detected in one year
Morselli et al.
5-year observation
(high galactic latitude)
10-11
Flux above E (c/cm^2/sr)
10-8
Integral Sensitivity
http://www-glast.slac.stanford.edu/software/IS/glast_lat_performance.htm 中の図を元に作成
0.01
Tsunefumi Mizuno
0.1
1GeV
10
100
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Sensitivity of GLAST LAT(2)
Differential Sensitivity vs. Source Fluxes
COMPTEL
(Kamae et al. 2005, Proc. of International
Symposium of High Energy Gamma-ray
Astronomy, Heidelberg)より作成
•30MeV-300GeVのエネルギーで、
EGRETを数10倍上回る感度
•100GeV前後でACTとオーバーラップ
EGRET
(3000hrs, 3sigma)
Crab Nebula
galactic center
region (1msr)
GLAST
(1year, 5sigma)
extra galactic
diffuse (1msr)
Tsunefumi Mizuno
CANGAROO
HESS
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Gamma-Ray
Skyby LAT(1)
Gamma-Ray Sky
observed
100 sec
•全天の20%という広い視野を生かし、scanning modeで観測
(<--->pointing observation by EGRET and ACTs);
burst/transient sourceを常時モニタ
•数日でEGRETに匹敵する感度を達成
1 orbit
1 day
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達成される感度(10-6 cm-2 s-1)
EGRET Fluxes
•3C279 flare
•Vela Pulsar
•Crab Pulsar
•3C279 quiescent
•EGRET 5sigma sources ~ a few days with LAT
EGRET: ~270 sources
GLAST: ~10000 sources (2year)
GRB, AGN, 3EG +
Gal. plane & halo sources
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Gamma-Ray Sky observed by LAT (2)
•Data Challenge1(DC1): 2003/12-2004/2
LATによる1日分の観測をシミュレートし解析することを通し、解析ツールの開発な
どを行った。
Galactic diffuse, extragalactic diffuse,
3rd EGRET Catalogue sources,
Blazars, etc. were simulated
3c279
Vela
Cygnus
Region
Geminga
PKS 0528+134 Crab
E>100 MeV
with some other
cuts for illustration
PKS 0208-512
•DC2: 2005年。1ヶ月の観測のシミュレーションと解析
•DC3:フライトデータ(1年間)のシミュレーションと解析
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Hardware Development Schedule
• Beam Test: 1997 and 1999
– LATの基本性能の確認。
日本グループはSi検出器の
– モンテカルロシミュレーションのvalidation 開発および試験、気球実験
とそのシミュレーターおよび
• Balloon Flight: 2001/8
バックグラウンドモデルの開
– 高い放射線環境下での動作確認。
発で主に貢献
– 宇宙線事象(バックグラウンド)の取得
• Engineering Model: 2003/10~
– 宇宙線、バンデグラフを用いた、小型タワーの試験
– フライトモデルに向け、試験方法、解析方法の確立
• Flight Model Integration and Test: 2005/1~
– 現在進行中！(2つ目のタワーの試験開始)
• Environmental testing: 2005/9~
• Delivery to Observatory Integration: 2006/1 去年のスケジュールにつき、
多少遅れると見込まれます
• Launch: 2007/2
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Si-Strip Detector (1)
• 広島大学と浜松ホトニクスにより開発、製造
4x4=16tower
1 tower: 18 trays (36 Si layers)
44 array of
Si-strip
sensors (X)
バイアス回路
１５cm
C-fiber face shee
Hex cell core
Al closeout
C-fiber face sheet
Carbon
thermal
panel
コンバータ
読み出し回路
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44 array of
Si-strip
sensors (Y)
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Si-Strip Detector (2)
•1万枚以上のSSDsを製造
•非常に高いQuality
dead strip率0.008% in 10000 SSD x 384 strips=3.7M strips
•安定した製造
Leakage current
～2.5 nA cm-２
(low noize)
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Full depletion voltage
～65 V
= 9 kWcm
(high resistivity)
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1997/1999 Beam Test
1999 Beam Test Engineering Model:
single tower composed of TKR/CAL/ACD
# of hit strips per layer (Hit multiplicity)
=shower development in TKR
(do Couto e Silva et al., 2001, NIMA 474)
0deg. Incident
middle layer
30deg. Incident
middle layer
PSF vs. Energy
(W. Atwood et al., 2000, NIMA)
0deg. Incident
lower layer
Tsunefumi Mizuno
30deg. Incident
lower layer
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The GLAST Balloon Experiment (1)
Balloon Flight Engineering
Model (BFEM)
•
•
•
Objectives:
LATの基本デザインをタワー1個のレベルで検証。
宇宙空間に似た高い放射線環境下で、DAQも含
めた装置の動作を確認する。
宇宙線事象を取得し、LATのための、バックグラウ
ンドのデータベースとして用いる。
•日本グループ(広島大、宇宙研)が宇宙線フラックス
モデルと検出器シミュレーターを開発。
•AMSによる陽子スペクトルのデータ(高
度380km、鉛直方向)とモデル関数
•e-/e+、大気γなどもモデル化
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磁極
赤道
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The GLAST Balloon Experiment (2)
•2001/8@Palestine, Texas
Count rate of each layer for “Charged Events”
Trigger rate vs. atmospheric depth
1.2kHz maximum (~500Hz is predicted
for each tower of LAT)
1kHz
muon
gamma
upward
downward
e-/e+
secondary proton
•3.8g cm-2 (38km)
•500Hz in level flight
0
1
10
primary proton
alpha
100 g cm-2
•1kHzを超える高カウントレート下で、装置、DAQ
が動作することを確認。
•Background Flux Modelとシミュレーション
で、得られたデータを10%内で再現
(T. Mizuno et al. 2004, ApJ 614)
CAL
Tsunefumi Mizuno
TKR
ACD
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Test of Engineering Model
EM: mini-tower(3 x-y layers)
(Courtesy of E. do Couto e Silva)
TOT (time over threshold):
低消費電力でエネルギー情報を
得て粒子を弁別し、対生成を起こ
した場所を特定
gamma(e-+e+):
2MIP
Energy measured by CAL
17.6MeV
cocmic Ray(muon):
1MIP
14.6MeV
Tsunefumi Mizuno
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Flight Tower Integration and Test (1)
2005年1月より開始
Flight Tracker arrived at SLAC
Tracker in Clean Room
Attach Calorimeter to Tracker
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Flight Tower Integration and Test (2)
TOT Distribution:
•ゲインの調整を行い、
チップ間でTOTを揃える
•宇宙線事象(主にmuon)やcharge injectionを
用いて、Flight Modelの動作確認、スレッショル
ドやゲインの調整を行っている。
1MIP peak
宇宙線(muon)による事象の例
TOT
xz-view
•dead strip/hot stripを探す
•noise occupancyの測定
•スレッショルドの調整
yz-view
layer number
Hit Strip Distribution:
strip number
Tsunefumi Mizuno
strip number
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Summary
•GLAST LAT (Large Area Telescope)は広い視野、高角度分解能などを
生かし、EGRETの数十倍の感度でγ線天文学に新境地を開くことを目指す
•日本グループは、GLASTの核心部であるSi検出器の開発および試験、気球
実験とそのシミュレーターおよびバックグラウンドモデルの開発で主に貢献し
てきた。
•ビーム試験、気球実験、Engineering Modelの試験を通し、装置の基本的
な性能確認を行ってきた。
•Flight Modelの組み上げとテストが今年1月から開始。2007年の打ち上げ
に向け、精力的な試験が行われている。
•GLASTで期待されるサイエンスの詳細、TeVγ線との関係については、次の
講演を参照されたい。
Tsunefumi Mizuno
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