気球実験について （特にPHENEX2006) 林田　清 （大阪大学理学研究科）

X-ray Polarimetry Started in 1960’s. 1st positive detection of X-ray polarization in the Crab nebulae in 1970. Dedicated satellites OSO-8 was launched in 1970’s, but no other significant detections other than the Crab. 19.2±1.0%@2.6keV,　19.5±2.8%@5.2keV It is still an unexploited field. e.g. See SLAC symposium Feb 2004. http://www-conf.slac.stanford.edu/xray_polar/ イメージ、スペクトル、時間変動に加えて偏光

Targets of X-ray Polarimetry Synchrotron Radiation SNR（Pulsar Nebulae, Shell Type） Clusters of galaxies Blazars、Quasars Scattered Radiation Accretion disk around black hole Accretion Torus Seyfert galaxies Magnetic field and scattering Pulsars ©CXC/NASA Polarization Degree Reflection by Accretion Disk X-ray Energy (keV)

PHENEX 2006 Polarimeters for High ENErgy X-rays Yamagata Univ. :　Polarimeter, Monitor Counter, Detector Chamber + Rotation, Batteries Osaka Univ. : DAQ & HK System, Sun CCD RIKEN: Sun PSD, HV Unit, Command System ISAS/JAXA: ACS System, Balloon I/F

Polarimeter Unit Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX Top View Collimator Ｍｏ1mm、FWHM 5° Scintillators ＣｓＩx２８、Ｐｌａｓｔｉｃx３６ ＣｓＩ Shield Ｐｂ２mm、 Ｓｎ１mm Plastic Plastic Scintillators act as scattering target for incident hard X-rays. Scattering position is known from a signal by a recoiled electron produced in the Plastic Scintillator. Scattering direction is measured if the scattered X-ray is absorbed in a CsI. All the CsI triggered events are recorded, and will be filtered by coincidence with Plastic, to suppress most of the background. Low optical crosstalk CsI and Plastic. Compact 64ch read-out module. ＭＡＰＭＴ H8500 ＦＯＰ１ｍｍ 64ch Read Out Module with VA-TA chip by CLEAR-PULSE ＣｓＩヒットチャンネルで何ｋｅＶ以上、プラスチックヒットチャンネルで何ｋｅＶ以上 Shrink Tube ＴｒｉｇＯＵＴ ＨＶ ＴｒｉｇＩＮ ＤＡＴＡ＆ＣＯＭ

KEK-PF (Synchrotron) Experiment 2006Feb Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX KEK-PF (Synchrotron) Experiment 2006Feb ８０ｋｅＶ Overlay with adjusting the phase angle Modulation Factor ６１．７％ (KEK-PF Beam Pola=90%＠80keV is taken into account） Count rate modulation for each CsI ch Beam incident to ① to ⑥, modulation is measured. 各ＣｓＩｃｈの検出効率は実際に取れたカウントから計算した。立体角ではない。 Weighted Modulation（①×４＋②×８＋③×８＋④×４＋⑤×８＋⑥×４）÷３６ ① ② ③ For Uniform Irradiation over FOV M=53%@80keV　　　　eff=20% ④ ⑤ ⑥

ユニットカウンターの構成 Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX 上から見ると コリメータ Ｍｏ１ｍｍ、視野角２．５° シンチレータ群 ＣｓＩ２８本、Ｐｌａｓｔｉｃ３６本 ＣｓＩ シールドＰｂ２ｍｍ、Ｓｎ１ｍｍ プラスチック ＭＡＰＭＴ 特徴 ８×８ｃｈにセグメント化されており位置決定精度が高い ＣｓＩｃｈのみでトリガーをかけ、後に解析でプラスチックとのコインシデンスイベントのみを取得することで低バックグラウンド化を実現している 光学的クロストークを抑える工夫 コンパクトな専用読み出し回路で６４ｃｈ同時読み出し（ＶＡ－ＴＡチップ）。また、拡張も容易 ＦＯＰ１ｍｍ 専用読み 出し回路 ＣｓＩヒットチャンネルで何ｋｅＶ以上、プラスチックヒットチャンネルで何ｋｅＶ以上 シュリンクチューブ ＴｒｉｇＯＵＴ ＨＶ ＴｒｉｇＩＮ ＤＡＴＡ＆ＣＯＭ

ＫＥＫＰＦでの性能試験 ユニットカウンターの４０ｋｅＶ、６０ｋｅＶ、８０ｋｅＶでの検出効率とモジュレーションファクターを測定する Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX ＫＥＫＰＦでの性能試験 ユニットカウンターの４０ｋｅＶ、６０ｋｅＶ、８０ｋｅＶでの検出効率とモジュレーションファクターを測定する つい１ヶ月

検出効率、モジュレーションファクターの測定 Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX 検出効率、モジュレーションファクターの測定 ある１本のプラスチックシンチレータを狙う ＫＥＫＰＦ実験におけるセットアップ １ｍｍ×１ｍｍビーム ４０，６０，８０ｋｅＶ単色光 電離箱 ユニットカウンターを回転させる ビームの当たっているプラスチックｃｈを中心に回す フォトン数との対応を調べてある ＣｓＩの各ｃｈの回転角とカウントレートのグラフはモジュレーションを成す 四隅のｃｈを除く、２４ｃｈ分のモジュレーションを取る

ＣｓＩｃｈの位置によってモジュレーションの位相がずれる Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX 実際に得られたモジュレーション ビームエネルギー　：　 ８０ｋｅＶ ビームチャンネル　：　Ｐｌａ３７ｃｈ ビームが当たっているｃｈ ＣｓＩｃｈ２ ＣｓＩｃｈ３ ＣｓＩｃｈの位置によってモジュレーションの位相がずれる ＣｓＩｃｈ４ ＣｓＩｃｈ５ 横軸：ユニットカウンタの回転角　　　　　　縦軸：カウントレート

モジュレーションファクターを求める Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX ８０ｋｅＶ 位相を合わせて重ね合わせる ３７ｃｈでのモジュレーションファクター６１．７％（ＫＥＫＰＦのビーム偏光度９０％＠８０ｋｅＶを考慮） 実際に取れた各ＣｓＩチャンネルでのモジュレーション 回転対象性を考えて６本のプラスチックｃｈにビームを当て、同様にモジュレーションを測定する 各ＣｓＩｃｈの検出効率は実際に取れたカウントから計算した。立体角ではない。 他のプラスチックチャンネルとの加重平均（①×４＋②×８＋③×８＋④×４＋⑤×８＋⑥×４）÷３６ ① ② ③ ユニットカウンター全体のモジュレーションファクター５３％＠８０ｋｅＶ　　　　検出効率２０％ ④ ⑤ ⑥

６０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ Modulation（Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ） Polarimeter for High ENErgy X-ray PHENEX ６０ｋｅＶ、４０ｋｅＶ Modulation（Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ） ６０ｋｅＶ Ｐｌａ３７ｃｈ(center ch) incident ４０ｋｅＶをＰｌａ３７ｃｈ(center ch) incident M-factor for center incidence ６０％ M-factor for center incidence ５７％

Polarimeter Unit x 4 CsI 34x34mm Anti Counter PMT used for PoGO Monitor Counter

DAQ System Arm-CPU +PC/104 VME system

データ収集システムの構築 データ収集システムはPC/104系、ＶＭＥ系の２つで構成 <PC/104系> ・メインデータ、ＨＫデータの収集 ・テレメトリの編集、コマンドの受信 ・10×20×10 (cm) とコンパクト Ethernet Ethernet 　　　　　　 <VME系> ・メインデータ（主検出器データ、 　アンタイデータ）の収集 ・主検出器用データ取得ボード搭載 2006年6月に予定しているＰＨＥＮＥＸ実験のデータ収集システムはＶＭＥ系とＰＣ／１０４系の2つの系で構成しています。ＰＣ／１０４は国際標準規格で定められたバスを持ち、形状はスタックスルーのコネクタタイプになっています。これはＩＳＡバスの形状の小型化を目的に変更されたもので、電気的仕様はＩＳＡバスの使用に準拠しています。このようなＰＣ／１０４バスを持つボードで構成した系をＰＣ／１０４系と呼んでいます。ＰＣ／１０４系ではＶＭＥ系から送られるメインデータとＨＫデータの収集、およびテレメトリデータの編集、コマンドの受信、それにシステムの制御を行っています。ＶＭＥ系では主検出器データ、アンタイ検出器のデータの収集を行っています。２つの系間の通信はEthernetケーブルを用いて行っています。２つの系のシステムはそれぞれコンパクトフラッシュ上に構築されており、データストレージにはＵＳＢメモリを採用しているので比較的衝撃に強いシステムになっています。 ・コンパクトフラッシュにシステムを構築、データストレージに ＵＳＢメモリを採用し衝撃に強い　

データ収集システムの概要 PC/104系 CPUボード VME系 CPUボード HKデータ (温度、圧力、電圧) 太陽センサー用 1次元CCD×2 検出器与圧容器 回転データ トリガー出力 12bit ADCボード×2 14bit ADCボード Digital Inputボード カウンターボード GPS PC/104系 CPUボード Digital Outputボード USB テレメトリー データ HVコントロール ユニット 次に、データ収集システムの概要について話します。我々のシステムでは主検出器、アンタイ検出器からのメインデータをＶＭＥ系で、温度、圧力、電圧などのＨＫデータ、太陽センサとして用いる1次元ＣＣＤのデータ、検出器与圧容器の視線方向の回転情報を示すエンコーダデータ、検出器のスケーリングデータをＰＣ／１０４系で取得します。メインデータはＶＭＥ系ＣＰＵボードからEthernetケーブルで、それ以外のデータは各拡張ボードからＰＣ／１０４バスを通じてＰＣ／１０４系ＣＰＵボードへと送られ、テレメトリの編集を行った後、ＤＯボードから送信機にデータを出力します。また、地上からのコマンドはＰＣ／１０４系ＣＰＵボードへと送られ、それに従ってＨＶの制御などを行います。システムの概要はこのようになっています。システムの詳細につきましてはポスターをご覧ください。 USB VME系 CPUボード 送信機 DPボード×2 シリアルコマンド 地上 主検出器データ アンタイ検出器データ 主検出器・アンタイ検出器

コマンドとテレメトリー 押しボタンコマンド~10-30種類くらい シリアルコマンド テレメトリー ボタンを押してゴンドラの中のリレーを動作させるだけ シリアルコマンド PCのシリアルライン出力をＦＭ変調して上空に送る 複雑なパラメータを指定できる NUSMIT2005に続いてPHENEX2006が２回目 上空では（特に遠方にあるとき）コマンドが効かなかった テレメトリー 64kbps (~8kB/s)のバイフェイズ信号（0データでも常に信号をだしていなければいけない）　20ksでも160MB イベント数では~200events/s これでは不足なので上空のUSBメモリ(4GBx3)にデータを保存する.　

VME / Armadilloのソフトウェア Linux上のＣでコーディング VME内、VME<->Arm, Arm内部の複数のプロセス間はNOVAでデータをやりとりする 例えば、ArmadilloのADCボードで気密箱の温度計の電圧を１秒に一回測定する。イベントのデータはVME-CPUで取得される。その他、複数のプロセスで取得されたデータは(nova)putされ、テレメトリー出力のプロセスが優先度に応じて(nova)getする。 多数のプログラムを独立に開発できる。一つのプロセスが問題を起こしても他に影響が及びにくい。

GA-sensor DAQ Chamber Detector Drum Rotate 360º Elevation Control SunCCD SunPSD Rotation Wheel is used to control the azimuth of the gondola

Flight 2006/06/13 AM5:30 Gondola 311kg

打ち上げ時の様子(穴吹撮影）

B150 Flight 2006/06/13 Level Flight 37-38km ~6.5hr

Safely Captured and Returned to SBC USB memories are OK!

DAQ気密箱HK DC電圧１ DC電圧2 圧力(Hpa) 温度(VME) 温度(Chamber) 温度(Arm) 温度(Flange)

DET気密箱HK 温度（DET気密箱内の各所） 圧力(Hpa)

PHENEX2006:4unit(44cm2) ,6hours, Crab … MDP(3s)=14% In future, if 9 units are available >40keV range 1Crab Cygnus X-1 Crab Nebula 50〜several100mCrab Crab Pulsar、 Sco X-1 Vela X-1、1700-377 GX 301-2、 1657-415 GX1+4、GX5-1 NGC4151、 Cen-A Cygnus X-3、 Her X-1 1day 1week

散乱方向のmodulation テレメトリーデータ（イベント数はUSB記録データの1/5-1/3;情報量も限られる) Very Preliminary! テレメトリーデータ（イベント数はUSB記録データの1/5-1/3;情報量も限られる) Plastic とCsＩで同時にヒットしたイベントについて簡単なデータ選別 Antiにはヒットがない　&& Plastic　の信号値 10ADU~50ADU && CsIの信号値 >20ADU && PasticとCsＩが縦横で隣接していない ~5events/4units 期待されるＸ線イベントはこのうち10%以下 （つまり選別イベントでも9割以上はバックグランド） DET気密箱が回転していることは考慮している。 かに星雲のposition angleが気密箱に対して回転する効果は考慮していない。 Top View 散乱角 ＣｓＩ Plastic

0° 360° 42000<t<45000 50000<t<55000 イベント数 10% 10% 散乱角（deg)