microTPC を用いたガンマ線 イメージング検出器の開発V

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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

2 １．はじめに MeV γ天文学 MeV γ検出器 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
　１．はじめに 感度曲線 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 MeV γ検出器 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 100 102 104 106 keV 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 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　2

3 μ-PICの原理 μ-PICの構造 μ-PIC（Micro Pixel Gas chamber） の特徴 μPICの概念図
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 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 HIT ! 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　3 位置決定概念図

4 ２． microTPCの性能 μ-PICの性能 microTPC 3次元track
MnKα Ar escape FWHM ~30% 55Feのスペクトル μ-PICの性能 Gain ～7000 　　（c.f.　MSGC gain～1000） 30% 5.9keV Gain -HV 図 Gain 104 103 640V 540V microTPC 　=μ-PIC＋TPC μ-PIC： X,Y TPC： Z（drift時間） 　　　　　　　　3次元track 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　4

5 μPIC検出面 microTPCのset up memory boardへ encoder amp boards TPC 10cm×10cm
FPGA×5 40MHz pile line方式 amp boards ASDチップ（時定数16ns） discrimination 　　→　digital out TPC drift長 8.0cm 360V/cm 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　5

6 Drift速度の測定 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
360V/cm 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 　　　　　　　　丸で示すデータを得た 　　　　　　　　CERN公表のデータ（点線）とよく一致 4.7cm/μs　 for 360V/cm 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　6

7 電子tracking実験１ 結果 cathode[mm] ８５Krのβ線 2次元情報のみ （時間情報なし） gas：Kr+C2H6=9:1
anode[mm] cathode[mm] 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 結果 電子の2次元飛跡を得た 　　　　　　　　　Kr（dE/dxがArの2倍）では 　　　 　　　　非常に良い飛跡が得られる 得られた電子のtrack 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　7

8 電子tracking実験 2 結果 22Naからのγ線 後方のγ線でtrigger YAP 時間情報を含め 3次元飛跡
時間情報を含め 　　　　　　　3次元飛跡 gas：Ar+C2H6=8:2 電子tracking実験のSET UP 結果 電子3次元飛跡を得た 65時間以上安定動作 　　　　（gain～4000） 　　　　　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 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　8

9 ３．MeV γ検出器としての開発 基本概念 入射粒子の方向を一意に決定できる （NOT a “event cone”） 特徴
microTPC： 反跳電子の方向、エネルギー シンチレータ： 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”） 特徴 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 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　9

10 プロトタイプ ガンマ線照射試験 microTPC シンチレータ γ線源 結果 10cm×10cm検出面＋drift長8.5cm
NaI 4”×4”×1”＋PMT16本 ガンマ線照射試験 γ線源 試験の為、コリメートする 100keV～500keV 結果 データ取得：OK 再構成：現在解析中 MeVγ検出器test実験のset up γ線 NaI micro TPC 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　10

11 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 Time Schedule 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

12 Time Schedule 気球実験 MeVγ検出器完成 総合試験 30角㎝μPIC完成
CRAB 6h 観測 　0.1-1 MeV γ 　X線偏光 precise studies： undergone 気球実験 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 MeVγ検出器完成 30角㎝μPIC完成 gain ×10 10角㎝μPIC完成 30㎝角μPIC製作、試験 30㎝角μPIC ＋シンチレータ試験 総合試験 2002　　　　　　2003　　　　　　　2004　　　　　　2005　　　　　　　2006　　　　 TA/VA回路開発 気球搭載準備 シュミレーション 結晶決定（NaI/CsI/BGO） シンチレータ製作、試験 2002/9/16　 　　　　　　　　　身内賢太朗 JPS2002年秋季大会　12