電子ビームラインの構築と APDを用いた電子計測試験

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1 電子ビームラインの構築と APDを用いた電子計測試験
東京大学理学部地球惑星物理学科 東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻 小野寺 暁 2019/5/30

2 研究目的 中間エネルギー電子 (1-100 keV) を測定する検出器の較正を行うために電子ビームラインを構築する．
実際に，電子ビームラインを稼働させ，検出器 (APD) の特性を調べる． APD： アヴァランシェ・フォトダイオード Avalanche Photodiode の略．

3 中間エネルギー電子 1-100 keV 電子 電子の加速・加熱現象を象徴するエネルギー帯の１つ 磁気リコネクション領域およびその周辺
無衝突衝撃波面での電子加熱 放射線帯粒子の生成

4 電子計測技術 (1/2) 低エネルギー （～ 数十keV） ･･･ MCP (Micro-Channel Plates)
4

5 電子計測技術 (2/2) 低エネルギーと高エネルギーの電子計測技術の狭間 → 数十 keV の電子を精確に計測できる検出器．
SSD (Solid State Detector) 問題点：数十keV 以下でエネルギー分解能が低下，ノイズ． 電子正孔対生成数：N PN接合ダイオード 逆バイアス電圧 + － エネルギー分解能 低エネルギーと高エネルギーの電子計測技術の狭間 → 数十 keV の電子を精確に計測できる検出器． 5

6 Avalanche Photodiode; APD
内部増幅作用を持つSSDの一種． 対生成・加速 アヴァランシェ増幅 +Vb アヴァランシェ増幅により，SSDの数十倍以上の信号を生み出す → 高エネルギー分解能が実現．

7 ビームライン構成図 初期加速電源 APD 線形加速部 データ取得系 フィラメント用電源 主加速電源 電源制御系 ターボ分子ポンプ バルブ
=電子源 データ取得系 フィラメント用電源 主加速電源 電源制御系 ターボ分子ポンプ バルブ ロータリーポンプ 真空チェンバー 3kV PC1 10-80 kV 4 A 電流 PC2 WLAN

8 真空チェンバー 初期加速用電源 絶縁管（線形加速部） 初期加速部

9 真空チェンバー 絶縁管 ターボ分子ポンプ

10 電子のエネルギー・カウントデータの取得 波形整形アンプ MCA チャージアンプ 波高V → 波高V’ 電荷Q → 波高V
APD PC カウント数 パルス高 時間 時間 チャンネル

11 電子ビームの波高分布 電子のエネルギー大→信号のチャンネル大 高エネルギー側でピークが2つに分かれる． 13keV 23keV 43keV

12 電子のエネルギーとピーク位置の関係 2つのピークのそれぞれが入射電子エネルギーに対して線形性を示した．

13 ダブルピークの原因の推定 ビームラインの構造的問題か？ →他のビームラインでもダブルピークが見られる． APD固有の問題．
　非一様なのではないか？

14 電子ビーム入射角依存性 (1/2) APDを取り付けた ケースの入射窓． 右回り30度 垂直入射（0度） 左回り30度 20mm 32mm

15 電子ビーム入射角依存性 (2/2) 垂直入射では2つのピーク，±30度では1つのピーク． ピーク位置がそれぞれ近い．
内部の電子増幅率が，左右方向に差があるのではな いかと推測できる．

16 まとめ及び今後の課題 電子ビームラインの構築作業がほとんど．
30keV を超える電子に対し，波高分析でダブルピークが見られた．APD内部の増幅率の違いによるものと考えられる． APDの手前にコリメータを設置して検証．