Post on 22-May-2020
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上野 一樹
谷森達、窪秀利、身内賢太朗、株木重人、Joseph Parker、*高田淳史、服部香里、 西村広展、黒澤俊介、井田知宏、岩城智、高橋慶在
京大理*ISAS/JAXA
2008 MPGD研究会@理研
イントロ ~μPICとその利用~
MeVガンマ線カメラ
大型化カメラ
まとめと今後
2次元読み出し(~65000pixels)
大面積 (10cm×10cm)
Max gain ~15000
エネルギー分解能
30% @ 5.9keV (100cm2)
Gas gain~6000で
1ヶ月以上の安定動作
高い位置分解能 (~120μm)
大強度入射にも耐える
10cm
μPIC(10cmX10cm)
400μm
X線構造解析 紫外線画像検出器開発
⇒明日の谷森講演 ⇒明日の井田講演
micro-TPC(μPICを用いたTPC)
Electricfield
2D readout (mPIC 400mm pitch)+ Drift time (100MHz) >3D tracking and energy
400μm
t1
t2
proton
electron
3次元飛跡の例
サイズ : 10cm x 10cm x 15cm (prototype)
位置分解能 : 400 mm
gain : ~35000 (μPIC ~ 3500, GEM ~ 10)
F.Sauli (1997) 中間増幅器として使用関連⇒明日の身内講演
MeVガンマ線カメラ開発暗黒物質探索(NEWAGE)
⇒本講演
天体ガンマ線観測
医療利用
(Scintillation Cameraと組み合わせる)
散乱γ線
入射γ線
反跳電子
micro-TPC (μPICを用いたTPC)
⇒反跳電子のtrackとEnergy
Scintillation camera(GSO PSA)
⇒散乱ガンマ線の吸収点(位置)とEnergy
光子毎にCompton散乱を再現
1光子 ⇒ 到来方向 + energy
大きな視野 (~3str)
強力なbackground除去能力
MeVガンマ線カメラの概念図
天体ガンマ線観測Sub-MeV γ-ray ImagingLoaded-on-balloon Experiment気球実験計画 SMILE
・2006年9月1日放球 (約33kmの高度で~4時間の水平フライト)・最後まで正常動作・水平フライト中~200光子を検出 (0.1~1MeV、live time3時間)
A. Takada et al. JPSJ 2008
医療利用
次期実験(~2011年頃) 明るい天体の観測
人への利用、短時間計測
大型化が必要! ⇒ (30cm)3カメラの開発
(削除しました)
40cm
FOV30cmCamera
75cm[cm
]
50 30 10Depth [cm] 0
170cm ヒト
100cm
I-131, 364keV 棒状線源
1st Step 30cm×30cm×15cmカメラ
既に稼働中
150cm
70cm
2nd Step 30cm×30cm×30cmカメラ
現在開発中 次頁より
30 cm
28 cm
23cm
GEM
30cm x 30cm μPIC(30cm)3 micro-TPC
micro-TPC
• サイズ : 30×30×30 cm3
• ガス : Ar 90% + C2H610%1atm 封じ切り
• ドリフト電場 : ~250 V/cm• ドリフト速度 : ~4 cm/μsec• gain : ~30000• エネルギー分解能 : 36%@31keV(FWHM)• 位置分解能(3次元) : ~500μm
30
15
0
宇宙線ミューオンのトラック
スペクトル (133Ba全面照射)
31keV
ADC
• 総ピクセル数 : 2304• 結晶 : GSO(Ce)• ピクセルサイズ : 6×6×13mm3
• 光読み出し : 64chMAPMT H8500(HPK)• 読み出し : 抵抗チェーン(192pixel4端)• エネルギー分解能 : 10.9%(@662keV, FWHM)• 位置分解能 : 6mm
Scintillation camera(PSA)
30cm
典型的なスペクトル(137Cs全面照射)
典型的なイメージ(137Cs全面照射、192pixel重心演算)
662keV
(30cm)3MeVガンマ線カメラ
micro-TPC
Scintillation camera
Encoder (FPGA board)
ASD (PreAmpなど)
40cm 40cm
60cm
XY
ZSetup
mico-TPC
Scintillation camera
線源
μPICの中心を(0,0,0)
Scinti.の中心は(-2.2, 0, 5.7)
0
20
-20
-15
-10
-5
15
10
5Y[c
m]
0
20
-20
-60-30
020
137Cs (662keV)
(X,Y,Z)=(0,0,-52cm)
に置いたとき
線源の位置
再構成による位置
コンプトン点
散乱ガンマ線吸収点
: 電子のヒット点
micro-TPCScintillation camera
: 再構成されたガンマ線
: 散乱ガンマ線
: 反跳電子
再構成エネルギー:620-700keV
イメージング(preliminary)
線源の位置:(X,Y,Z)=(0,0,-52cm)、1MBq
356keV133Ba Events : 2884(309-403keV)
662keV137Cs Events : 992(605-719keV)
835keV54Mn Events : 515(770-900keV)
0 40-40 0 40-40 0 40-40[cm] [cm] [cm]
イメージング(preliminary)線源の位置:(X,Y,Z)=(0,0,-52cm)、(-5cm,0,-52cm)1MBq
662keV137Cs (605-719keV)
5cm
2 線源イメージ (preliminary)137Cs : 662keV, 1MBq (X,Y,Z)= (-5,-5,-58)54Mn : 835keV, 1MBq (X,Y,Z)= (5,5,-58)
All range137Cs
54Mn
137Cs:662keV
580-740keV 760-910keV54Mn:835keV
[cm] [cm] [cm]
Energy[keV] Energy[keV] Energy[keV]
エネルギー分解能 (preliminary)
(30cm)3MeVガンマ線カメラの諸性能
Energy[keV]
エネルギースペクトル(662keV)
エネルギー分解能 : 16.0%(FWHM)
赤:(30cm)3カメラ青:(10cm)3カメラ
10cmカメラ(12%@662keV)と比べて悪い
TPC、Scinti.のチューニングが不十分(gain一様性、ノイズなど)
角度分解能 (preliminary)
角度分解能の定義
ARM : Angular Resolution Measure (散乱角決定精度)
SPD : Scatter Plane Deviation (散乱平面決定精度)
γ
ARM[degree] SPD[degree]
ARM: 10.8°(FWHM)
ARM&SPD (662keV)
SPD: 109°(FWHM)
Lorentzianでfit
角度分解能 (preliminary)
赤:(30cm)3カメラ青:(10cm)3カメラ
ARM
SPD
10cmカメラ(ARM:6.6°@662keV)と比べて悪い
TPC、Scinti.のチューニングが不十分(gain一様性、ノイズなど)
まとめ
(30cm)3micro-TPC+Scintillation cameraを用いたMeVガンマ線カメラの開発
356-835keVのイメージングに成功
エネルギー分解能 16.0%@662keV(FWHM)
角度分解能 ARM 10.8°SPD 109°@662keV(FWHM)
細かいチューニング
(10cm)3MeVガンマ線カメラのエネルギー分解能 12.0%、ARM 6.6°に近づける
広いエネルギー範囲でのイメージング(100keV~a few MeV)
感度向上 - 更なる大型化、gas study(CF4など)、Scinti.Camera拡大
分解能向上 - LaBr3シンチレータの使用
- 電子飛跡精度の向上
低消費電力化(for 気球実験) -ASICの開発 ⇒明日の井田発表
今後