シンチレーションファイバーを 用いた宇宙線の観測 １０７６１０８６ 宇宙粒子研究室 丸茂拓也
研究目的 シンチレーションファイバーと光電子増倍管（ＰＭＴ）を用いて宇宙線を測定できる装置を製作し、観測すること。
シンチレーションファイバー ・シンチレータとは、荷電粒子が通過すると蛍光するものである。この性質より高エネルギー実験などでPMTと組み合わせてシンチレーション検出器として用いられている。 今回使用したシンチレーションファイバー サンゴバン ＢＣＦ－１０ 発光色 青色 発光ピーク波長 432nm 直径 １ｍｍ ファイバー外部 白色反射材
シンチレーションファイバーの断面 実際に使用するシンチレー ションファイバーのＰＭＴとの 設置面の写真である。 上が２４本×４段、 下が２４本×１０段で、 それぞれのファイバー検出器 をＳ１、Ｓ２とする。 2.5cm S1 0.5cm S２ 1.5cm 2.5cm
シンチレーションファイバー検出器 上から見た写真 S1 S1とS2の間隔0.5cm 10.0cm S2 横から見た写真
実験１ ＰＭＴ ゲート 宇宙線ミューオン S1 スケーラー コインシデンス 上図のような装置でＳ１のＨＶとカウント数との関係を求める。 シンチレーションファイバー 荷電粒子の通過に伴い蛍光を発する 光を電気信号に変換し増幅する コインシデンス ゲート スケーラー ディスクリミネーター 100mV 宇宙線成分を選別し、 ノイズ成分を除去する。 パルス数を計測する 上図のような装置でＳ１のＨＶとカウント数との関係を求める。
S1の高電圧とカウント数の関係 図の結果よりＳ１の印加電圧を１４００Ｖに設定した。 シンチレーションファイバー検出器（Ｓ１）を通過したミューオンの数 図の結果よりＳ１の印加電圧を１４００Ｖに設定した。
実験２ ＰＭＴ上 ＰＭＴ下 ゲート 宇宙線ミューオン S1 S2 スケーラー シンチレーションファイバー ＰＭＴ下 シンチレーションファイバー S2 ディスクリミネーター 100mV コインシデンス ゲート スケーラー 同時計測装置 上図の装置を用いて、２つのシンチレーションファイバー検出器を同時に通った宇宙線だけを観測する。 この時、上の電圧を１４００Ｖに固定し、ＰＭＴ（下）の電圧を変化させて計測する。
S1とＳ２の同時計測数 図の結果よりＳ２印加電圧を１９００Ｖに設定した。 上下のシンチレーションファイバー検出器を同時に通過したミューオンの数 図の結果よりＳ２印加電圧を１９００Ｖに設定した。
実験３ ＰＭＴ上 ＰＭＴ下 宇宙線ミューオン S1 S２ シンチレーションファイバー ＰＭＴ下 シンチレーションファイバー S２ 波高分析器 （ＭＣＡ） ＰＣ ディスクリミネーター100mV ゲート 15μs コインシデンス レベルアダプタ Ｓ１に１４００Ｖ、Ｓ２に１９００Ｖ印加して、上図の装置でＳ２からの光量の分布の測定を行った。
Ｓ２の波高分布 １２５channel付近でピークが現れている。 34～300channel間のカウント数の合計は９０９６個であった。 測定時間：５７４６０sec≒16時間 （Ｓ２の光量） １２５channel付近でピークが現れている。 34～300channel間のカウント数の合計は９０９６個であった。
まとめ ・直径1mmのシンチレーションファイバーを束ねて２個のシンチレーションファイバー検出器を製作した。 ・Ｓ１とＳ２のシンチレーションファイバー検出器を同時に貫通する宇宙線の数は９．４個／分となった。 ・Ｓ１またはＳ２検出器に入る宇宙線は２５個／分と予想されるので、検出器の配置からＳ１・Ｓ２の同時計測数はおおよそ正しいことが分かった。 ・Ｓ２を通過する宇宙線ミューオンの波高分布を求めた。その平均的な検出光電子数はおおよそ７０個と予想される。
Ｓ２からの光電子数の求め方 直径１ｍｍのシンチレータファイバー１本あたり５０個の光子が出てくると考える。 １０層では５００個 宇宙線に沿った充填度を７０％とすると ５００ｘ０．７＝３５０個 ＰＭＴの量子効率２５％、電子収集効率を８０％とすると、量子効率ｘ電子収集効率＝２０％ 宇宙線１本がＳ２を通過したときに検出される光電子数は３５０ｘ０．２＝７０となる。