スライド 1

microTPC を用いたガンマ線
イメージング検出器の開発V
日本物理学会2002年秋季大会
＠立教大学
１．はじめに
２．microTPCの性能
３．MeV γ検出器としての開発
４．まとめ～気球実験へ向けて～
身内賢太朗
永吉勉，谷森達，窪秀利，植野優
折戸玲子，高田淳史，越智敦彦A
京大理，神戸大理A
感度曲線
１．はじめに
FLUX

MeV γ天文学




未開拓のエネルギー領域
原子核からのラインスペクトル
black holes
MeV γ検出器


MeV γ
100
102
keV
104
106
Double comptom法：γの飛跡とenergyのみ
microTPC＋シンチレータ：γ＋散乱電子の飛跡とenergy
microTPCとシンチレータを用いた
イメージング可能なMeVγ検出器の開発
身内賢太朗
2002/9/16
JPS2002年秋季大会 2


μ-PICの原理
μ-PIC（Micro Pixel Gas chamber）
の特徴
•
•
•
•
•
放電に強い
微細電極構造（400μm spacing）
高位置分解能
大面積化
anodeとcathodeの波高が等しい

μ-PICの構造
•
•
HIT !
•
•
HIT ! 位置決定概念図
2002/9/16
μPICの概念図
Anode 256ch cathode 256ch
512ch のストリップ読み出し
ストリップ1本ごとのON/OFF
anodeとcathodeの同時計測で位置を決定
身内賢太朗
JPS2002年秋季大会 3
２． microTPCの性能

55Feのスペクトル
MnKα
μ-PICの性能

Gain ～7000
（c.f. MSGC gain～1000）

104
30% FWHM @ 5.9keV
Gain
103
540V
2002/9/16
Ar escape

Gain -HV 図
640V
FWHM
~30%
microTPC
=μ-PIC＋TPC
 μ-PIC： X,Y
 TPC： Z（drift時間）
身内賢太朗
3次元track
JPS2002年秋季大会 4
μPIC検出面

microTPCのset up
• 10cm×10cm
memory boardへ
microTPC写真
encoder
•FPGA×5
• 40MHz pile line方式
2002/9/16
amp boards
TPC
•ASDチップ（時定数16ns） •drift長 8.0cm
• discrimination
• 360V/cm
身内賢太朗
→ digital out
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 Drift速度の測定
得られたDRIFT速度
Ar:C2H6=8:2
4.7cm/μsec
宇宙線μを用いて測定
最大drift長が8cmで
あることを利用
gas：Ar+C2H6=8:2
4.7cm/μs
for 360V/cm
360V/cm
丸で示すデータを得た
CERN公表のデータ（点線）とよく一致
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身内賢太朗
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電子tracking実験１
 ８５Krのβ線



2次元情報のみ
（時間情報なし）
gas：Kr+C2H6=9:1
cathode[mm]

結果

anode[mm]
電子の2次元飛跡を得た
得られた電子のtrack
Kr（dE/dxがArの2倍）では
非常に良い飛跡が得られる
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身内賢太朗
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
電子tracking実験 2
 22Naからのγ線




YAP
後方のγ線でtrigger
時間情報を含め
3次元飛跡
電子tracking実験のSET UP
gas：Ar+C2H6=8:2
結果


電子3次元飛跡を得た
65時間以上安定動作
（gain～4000）
2002/9/16
細かく飛跡を追うためには
更なるGainの向上が必要
得られた電子のtrack
身内賢太朗
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３．MeV γ検出器としての開発

基本概念

microTPC：
•

シンチレータ：
•

特徴


反跳電子の方向、エネルギー
散乱光子のエネルギー、位置
入射粒子の方向を一意
に決定できる
（NOT a “event cone”）
広視野 ← コリメータ不要
VETO不要 ← BG除去可能MeVγ検出器の基本概念
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身内賢太朗
JPS2002年秋季大会 9

プロトタイプ

microTPC
•

10cm×10cm検出面＋drift長8.5cm
シンチレータ
•
NaI 4”×4”×1”＋PMT16本
MeVγ検出器test実験のset up

ガンマ線照射試験

γ線源
•
•

結果
•
•
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試験の為、コリメートする
100keV～500keV
データ取得：OK
再構成：現在解析中
γ線
micro
TPC
NaI
身内賢太朗
JPS2002年秋季大会 10
４．まとめ～気球実験へ向けて～

μPIC-TPCの性能評価


MeVγ検出器の開発状況


電子の3次元飛跡を得た
プロトタイプを用いた試験実験を行った
Time Schedule
2002/9/16
身内賢太朗
JPS2002年秋季大会 11

Time Schedule
CRAB 6h 観測
0.1-1 MeV γ
X線偏光
precise studies： undergone
Xe gas試験
プリアンプ改良（時定数16ns →～50ns）
800μmピッチμPIC製作、試験
gain ×10
MeVγ検出器完成
30角㎝μPIC完成
10角㎝μPIC完成
30㎝角μPIC製作、試験
30㎝角μPIC
＋シンチレータ試験
2002
気球実験
2003
2004
総合試験
2005
2006
TA/VA回路開発
シュミレーション
シンチレータ製作、試験
結晶決定（NaI/CsI/BGO）
2002/9/16
気球搭載準備
身内賢太朗
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