電子ビームラインの構築と APDを用いた電子計測試験東京大学理学部地球惑星物理学科東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻小野寺暁 2015/9/30 1 研究目的 • 中間エネルギー電子 (1-100 keV) を測定する検出器の較正を行うために電子ビームラインを構築する． • 実際に，電子ビームラインを稼働させ，検出器 (APD) の特性を調べる． APD：アヴァランシェ・フォトダイオード Avalanche Photodiode の略． 2 中間エネルギー電子 • 1-100 keV 電子 • 電子の加速・加熱現象を象徴するエネルギー帯の１つ – 磁気リコネクション領域およびその周辺 – 無衝突衝撃波面での電子加熱 – 放射線帯粒子の生成 3 電子計測技術 (1/2) • 低エネルギー（～数十keV）･･･ MCP (Micro-Channel Plates) – 問題点：数keV以上で検出効率が低下． 4 電子計測技術 (2/2) • 高エネルギー（数十keV ～）･･･ SSD (Solid State Detector) e - 電子正孔対生成数：N PN接合ダイオード + － + － + エネルギー分解能－逆バイアス電圧 – 問題点：数十keV 以下でエネルギー分解能が低下，ノイズ．  低エネルギーと高エネルギーの電子計測技術の狭間 → 数十 keV の電子を精確に計測できる検出器． 5 Avalanche Photodiode; APD  内部増幅作用を持つSSDの一種．対生成・加速 e- +Vb  アヴァランシェ増幅アヴァランシェ増幅により，SSDの数十倍以上の信号を生み出す → 高エネルギー分解能が実現． 6 ビームライン構成図 PC1 電源制御系 PC2 WLAN 主加速電源フィラメント用電源データ取得系初期加速電源 3kV 電流 4A 10-80 kV APD フィラメント =電子源線形加速部真空チェンバーバルブロータリーポンプターボ分子ポンプ 7 真空チェンバー初期加速用電源絶縁管（線形加速部）初期加速部 8 真空チェンバー絶縁管ターボ分子ポンプ 9 電子のエネルギー・カウントデータの取得チャージアンプ電荷Q → 波高V 波形整形アンプ波高V → 波高 V’ MCA 波高V’ → チャンネル --------------------- APD PC カウント数パルス高時間時間チャンネル 10 電子ビームの波高分布カウント/総カウント 0.006 0.005 13keV 23keV 33keV 0.004 43keV 53keV 63keV 0.003 73keV 83keV 0.002 0.001 0 チャンネル1   1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 電子のエネルギー大→信号のチャンネル大高エネルギー側でピークが2つに分かれる． 8001 11 電子のエネルギーとピーク位置の関係 8000 7000  6000 チャンネル 5000 4000 2つのピークのそれぞれが入射電子エネルギーに対して線形性を示した． 3000 2000 1000 0 5 25 45 65 エネルギー(keV) 85 12 ダブルピークの原因の推定  ビームラインの構造的問題か？ →他のビームラインでもダブルピークが見られる．  APD固有の問題． APD内部での電子増幅率が非一様なのではないか？ 13 電子ビーム入射角依存性 (1/2) 右回り30度 e  垂直入射（0度） e  左回り30度 e APDを取り付けたケースの入射窓． 20mm 約11.5mm 32mm 14 カウント/総カウント電子ビーム入射角依存性 (2/2) 0.003 43keV 0.002 0.001 0 チャンネル 3000    3200 3400 3600 3800 垂直入射では2つのピーク，±30度では1つのピーク．ピーク位置がそれぞれ近い．内部の電子増幅率が，左右方向に差があるのではな 15 いかと推測できる．まとめ及び今後の課題 • 電子ビームラインの構築作業がほとんど． • 30keV を超える電子に対し，波高分析でダブルピークが見られた．APD内部の増幅率の違いによるものと考えられる． • APDの手前にコリメータを設置して検証． 16