シンチレーションファイバーを 用いた宇宙線の観測

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1 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

2 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。

3 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

4 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

5 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

6 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。

7 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。

8 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。

9 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。

10 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。

11 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。

12 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。

13 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。