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
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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
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