SMILE-2用simulation 上野一樹.

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1 SMILE-2用simulation 上野一樹

2 1st STEP: ガスの塊＋シンチのみでefficiency
Geometry A B 32×32×32cm3ガス 内(30cm)3 effective area 6×6 GSO array(6mm角1.3cm厚64pixel) 底面のみ 32×32×32cm3ガス 内(30cm)3 effective area 6×6 ＋ 3×6×4 GSO array 底面 ＋ 側面半分

3 Gas (参考) ガス密度 Ar :1.782 Xe : 5.858 C2H6 : 1.356 CF4 : 3.03
注意：密度は1atm、0℃の条件下 (参考) ガス密度 Ar :1.782 Xe : 5.858 C2H6 : 1.356 CF4 : 3.03 単位：mg/cm3

4 30cm×30cmの領域に対し、ランダムに平行にガンマ線を入射
・Effective area に入ったphoton数　＝　A ・gas内で落とすenergy>0 かつ　Scinti.で落とすenergy>0 　　　　　　 のときのphoton数　　　　　　　　　　　＝　B ・gamma event（それぞれで全energyを落とす）　　　　　　　　　　　　であるphoton数　 　　　　　　　　　　　＝　C Efficiency = C/A Trigger rate = B/A

5 A1 B1 SMILE-1 B1* B3 *はＧＳＯの厚み8cm

6 参考：GSOピクセルの全吸収率 6mm角（12mm角)ピクセル厚さXcmにガンマ線を入射させたとき完全にenergyを落とす割合
1.3cmから8cmにしてざっと２倍くらい＠662keV

7 B2 B6 B5 B7

8 実際は大気透過率、解析効率が掛かるので検出効率は低すぎるという結果。 気圧をあげる？もっと良いガス？ 体積をいっそ増やす？（40cm角）
以下は2atmとか40cm角の結果（未完） CF4 2atm 30cm エリマキ半分 SMILE1

9 大気による吸収 透過率 = exp(-μρ１ｃｍ）　により計算される。 ρ μ ＸＣＯＭによる

10 Ｃｒａｂ Tot. flux L.M.Bartlett et al. AIP conf. Proc. 304 (1994) 67を参照
20keV-1MeV (L.Kuiper et al. A&A 378 (2001) 918 でひかれてる 0.75MeV以上) 微分flux Fneb(E) = 37.5*10-5(E/100keV)-2.18 [photons/cm2 sec keV] Fpul(E) = 7.6*10-5(E/100keV)-2.04 [photons/cm2 sec keV] 積分flux (total)

11 高田Ｄ論より Diffuse cosmic and atmospheric gamma ray Fcosmic(E) = 41(E/keV)-2.0 [photons/cm2 sec str keV] Fatmos(E) = 0.65(E/keV)-1.7 [photons/cm2 sec str keV (g/cm2)]

12 高度35km, 900cm2, 3hourとする 解析効率30%とすると⇒450 photons 視野１strに入るとすると、解析効率30%を含めて　⇒4511 photons 視野1strに入るとすると、解析効率30%を含めて　⇒4352 photons

13 高度４０ｋｍ、900cm2, 3hourとする 解析効率30%とすると⇒ 667photons 視野１strに入るとすると、解析効率30%を含めて　⇒ 6662photons 視野1strに入るとすると、解析効率30%を含めて　⇒ 2154photons 6hなら～７σ

14 高度４０ｋｍ、1600cm2, 3hourとする 解析効率30%とすると⇒ 1854photons 視野１strに入るとすると、解析効率30%を含めて　⇒ 18528photons 視野1strに入るとすると、解析効率30%を含めて　⇒ 5998photons 6hなら～11.6σ 3h,35kmなら～5.7σ（概算）

15 高度４０km、３時間、1strを見込むとしたとき
30cm*30cm*30cm　CF4 2atm エリマキ　底面６＊６アレイ、側面　６＊３アレイ＊４側面 4.93σ ６時間にすると大体７σ 35kmだと3.3σ 高度４０km、３時間、1strを見込むとしたとき、 40cm*40cm*30cm　CF4 3atm エリマキ　底面8＊8アレイ、側面　8＊３アレイ＊４側面 S/N~8.22σでした。 ３５kmだとざっと概算で5.7σ Cyg-X1⇒　hard state でfluxがざっと2倍　⇒　S/Nは2^0.5倍程度 　　　　　　　　soft state でfluxがざっと1/5倍　⇒　S/Nは(1/5)^0.5倍程度

16 （仮）　高田さんより 頭に入れておきたい話として、 ・使うu-PICのsize (10cmをならべるのか、30cmなのか、新規作製なのか) ・ドリフト長 (15cm? 30cm? もっと?) ・ガスの候補 (CF4-base? Xe-base? Ar-base? それ以外?) ・回路はTPC容器の中？外？ ・シンチの数 (底面のみ? エリマキ半分? 上まで?) ・シンチの配置 (SMILE-I like? MEGA like? 新配置?) ・シンチの読み出し (SMILE-I方式? Head-amp? 新方式?) ・全体をvesselに包むのか、TPCの頭は外に出すのか？ ・天体追尾するのか? ・何時間で何が何photon受かるのか？ といった辺りがあります。 特にシンチの配置は空きスペースに直截絡むので、重要です。