CsIシンチとマルチアノードPMTを用いた硬X線撮像装置

CsIシンチレータと
マルチアノードPMTを用いた
硬X線撮像装置の性能測定
P6シンチ班
小澤碧坂井道成内山秀樹
目次




１．概要・目的（坂井）
２．装置・原理（坂井）
３．実験の方針
（坂井）
４．実験と結果
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
抵抗チェーン単体の位置分解能評価（坂井）
シンチレータ・PMT内での光の広がり
（内山）
抵抗チェーン抵抗値による位置分解能の違い（内山）
位置分解能評価（小澤）
エネルギー分解能評価（小澤）
 ５．まとめ
（小澤）
1.概要・目的
２０１０年打ち上げ予定
次世代X線観測衛星
NeXT
２．装置・原理
一枚板CsI（Tl）シンチレーター
 厚さ２ｍｍ size:50mm×50mm×2mm
 100keVの硬X線～80％の確率で光電効果
起こす
 減衰時間１μsec
 ピクセル化は行っていない
マルチアノード光電子増倍管（PMT）




浜松ホトニクスH950０
SIZE: 52mm×52mm×３９ｍｍ
16×16=256ch , 1pixel: 3mm (有感:49mm×49mm)
GAIN: ~ 100万倍 (Max:Min=5.5:1)
52mm
16ch
52mm
16ch
抵抗分割の仕組み
３A
２A
5個
１A
10個
抵抗チェーン
縦比
横比
０
(ch 3  ch 4)  (ch1  ch 2)
(ch 2  ch 3)  (ch1  ch 4)
横比 
縦比 
ch1  ch 2  ch 3  ch 4
ch1  ch 2  ch 3  ch 4
抵抗チェーン
３．実験の方針
 今回使用するマルチア
ノードPMTは、16×16
のピクセルを持つ。
 以下では中心の8×8
のピクセルの分解能を
重視して実験を行う。
その理由
４．実験と結果
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
抵抗チェーン単体の位置分解能評価
シンチレータ・PMT内での光の広がり
抵抗チェーン抵抗値による位置分解能の違い
位置分解能評価
エネルギー分解能評価
４-1 抵抗チェーン単体の性能評価
目的
PMT、シンチレータに因らない抵抗チェーン単
体での位置分解能に与える影響を調べる。
方法
 パルスジェネレーターの出力パルス高をチャンネ
ルごとに調節し、電荷一定のパルスを入れた。
横１ｋΩ
縦１３kΩ
結果
縦１３ｋΩ横１ｋΩ
抵抗チェーン単体では誤差は生じない
４-2 シンチレータ・PMT内部での
光の広がりの評価
目的
シンチレータ・PMT内部での光子、電荷の広がりが
位置分解能に与える影響を調べる。
方法
3mm×3mm×20mm
抵抗チェーンは
付けない
ＰＭＴ１ピクセル
3.0mm
結果
標準偏差
1枚板シンチ
1.06
ピクセルシンチ
0.71
ピクセルシンチでも光が広がっている
抵抗チェーンをつけて測定した。
一枚板
シンチ
ピクセル
シンチ
位置分解能の定義
結果
断面
a
分解能   100 (%)
b
ピクセルシンチ
結果
一枚板シンチ
横比
分解能(%)
ピクセル
シンチ
縦比
分解能(%)
35.8
48.9
39.6
47.4
（縦13k横1k）
一枚板
シンチ
（縦13k横1k)
４-3 抵抗チェーン抵抗値による
位置分解能の違い
目的
抵抗チェーンの抵抗値による位置分解能の変
化を調べ、最適な抵抗値を決める。
方法
結果
 縦・横の抵抗値が同じ場合（縦１３ｋ横１３ｋ）
縦分解能が悪い理由
（CH1＋CH４)：（CH２＋CH３)の比で縦方向の位置が決まる。
理想
縦のチェーンに電流が流れる
実際
縦方向の情報が失われる
縦のチェーンの抵抗を横のチェーンより大きくして電流が流れるのを防ぐ
縦13k横１ｋ
縦13k横13k
位置分解能
抵抗値
横比分解能
(%)
縦比分解能
(%)
縦13kΩ横100Ω
76.7
41.7
縦13kΩ横1kΩ
39.6
47.4
縦13kΩ横13kΩ
62.2
81.7
縦50kΩ横1kΩ
57.4
52.8
縦50kΩ横5kΩ
54.5
65.8
縦50kΩ横50kΩ
58.0
62.2
４-4 位置分解能評価
目的
これまでの実験で分かった中での最適の抵抗値（縦
13k横１ｋ）でどこまで位置分解能が出るか調べる
方法
ＰＭＴ１ピクセル
3.0mm
結果
縦
比
横比
断面
評価
横比分解能
(%)
43.0
縦比分解能
(%)
48.9
隣接2点は分解できないが1点飛ばしなら分解できる。
実際に1点飛ばしの2点にコリメートしてX線を
当てた
確かに分解可能！
４-5 エネルギー分解能評価
目的
エネルギー分解能を評価する。
•PMTのピクセルごとのゲインの違いが影響を与えるか？
•ダイノードと４ｃｈの足し上げのどちらが有利か？
方法
結果
エネルギー分解能の
エネルギー依存性
ゲイン最大のピクセルにコリメートした結果
エネルギー
（較正線源）
ダイノードによる
エネルギー分解能（%）
アノード4ch足し上げ
によるエネルギー
分解能(%)
80keV (Ba133)
11.2
-
88keV (Cd107)
13.0
13.4
122keV (Co57)
7.8
11.9
356keV (Ba133)
-
12.4
エネルギー分解能のゲイン依存性
Co57(122keV)をゲインの異なるセルにコリメートして
当てた結果
PMTのセルの
ゲイン
100
80
57
40
アノード4ch足し上げによ
ダイノードによる
るエネルギー分解能
エネルギー分解能（%）
(%)
7.8
8.5
7.8
8.0
11.9
9.8
10.3
11.9
５．まとめ
今回作成した硬X線撮像装置の性能
位置分解能：横方向 3.1mm
縦方向 3.4mm
(1ピクセル3mm×3mm）
エネルギー分解能 : 9.5keV
(122keV,gain100のセル)
いずれもFWHMで評価した
位置分解能の向上のために
･シンチレータ→一枚板よりはピクセル化したほ
うが多少は改善されるがPMTによる広がりの
方が効いているように思われる。
一枚板シンチ
ピクセルシンチ
シンチ・ＰＭＴ無し
チェーン単体
・光電子増倍管→光電面のガラスを薄くし、
光電子が広がらないような内部構造にする。
おしまい
補足１隣り合う2点に
コリメート
4.4ｍｍ厚みの鉛使用
補足２
エネルギー分解能
ゲインによるスペクトルの違い
（５７Co122kev)
エネルギーチャンネル較正
補足３抵抗値による比の違い
位置分解能（端）
抵抗値
X方向分解能 Y方向分解能
(%)
(%)
縦13kΩ横1kΩ
67.0
59.6
縦13kΩ横13kΩ
69.2
79.1
縦50kΩ横1kΩ
65.6
52.8
縦50kΩ横5kΩ
54.5
65.8
縦50kΩ横50kΩ
58.0
62.2
位置分解能
縦の抵抗値＞横の抵抗値の方
がY方向分解能は良い
縦１３ｋ横１ｋが良い
端付近での分解能評価
横比分解能(%) 縦比分解能(%)
59.8
54.5

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