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国際宇宙ステーション搭載全天X線監視装置
MAXI/GSCのエネルギー較正試験
宮川雄大(青学大)，吉田篤正(青学大) ，山岡和貴(青学大) ，
松岡勝(JAXA),三原建弘(理研) ，小浜光洋(理研) ，
磯部直樹(理研),中島基樹(理研) ，藤井佑一(理研) ，
宮本将雄(理研),上野史郎(JAXA) ，冨田洋(JAXA) ，
森井幹雄(JAXA),片山晴善(JAXA),鵜澤政美(青学大) ，
土屋雄一郎(青学大) ，杉田聡司(青学大),伊藤悠太(青学大)
1. MAXI/GSCについて
■全天X線監視装置MAXI(Monitor of All sky X ray Image)
●2008年度に国際宇宙ステーションの日本実験モジュール「きぼう」の曝露部に搭載予定
●検出感度1mCrabを目標
●２種類のX線検出器を搭載
従来の全天X線監視装置の約10倍の感度!!
1時間～数年のタイムスケールの変動を観測!!
比例計数管: GSC(2～30keV)
■GSCの特徴
CCD:SSC(0.5～10keV)
● 2～30keVのエネルギー領域に感度
天頂方向
● X線を入射出来る有効面積
⇒過去最大の約5340cm2
●一次元位置感応型ガス比例計数管
GSC 12台
●GSC･･･電荷分割方式を用いている
進行方向
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236mm
Y(mm)
C0
C1
C2
C3
C4
C5
-5(P3) 0
358mm
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X(mm)
2.実験目的
■エネルギー較正
MAXI･･･位置分解能を優先するために
印加電圧を高くする
GSC作動領域
GSC･･･印加電圧と波高値が非線形の関
係(制限比例領域)
地上でエネルギーと波高値の関係を較正する
■現在迄に10台(FM004、FM005、FM006、FM008、FM009、FM010、
FM011、FM013、FM015、FM016)の測定完了!!
(GSC16台のcalibration(4台はスペア))
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エネルギー分解能
※Cuのスペクトル
物質による輝線や吸収線を観測する上で、重要なfactor
その精度を知る事により、観測データの信頼性を測る一つの基準
 E
ER  
 E
1
1


100
(%)

 2 . 35   100 (%)

<目的>
d
(
PH
)
E

種々の電圧による詳細な評価!!
dE
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3.実験方法
570mm
真空
特性X線
GSC
3mmφ
3mm
2次ターゲット
■2次ターゲットは2.31keV(S)～22.16keV(Ag)の全13種類を使用
X線
■陽極芯線6本／カウンター、芯線毎に2ヶ所で測定
（一次ターゲット= W）
■今回は更に＋6種類=19種類のターゲットを用いて測定
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4.エネルギー分解能の導出:比例領域
ほぼ ER∝E-0.5
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5.エネルギー分解能の導出:制限比例領域
V を高 ⇒ER の悪化が顕著
ガス異常増幅率が芯線からの距離に依存
入射Ｘ線のEで吸収位置が異なる!!
カウンター面の深さ方向も考慮!!
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6.質量減衰係数による各物質の減衰距離の導出
※Xenon gas
data
model
GSCの形状も考慮し、50%減衰した距離を適用!!
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※Mo
7.深さ方向におけるガス異常増幅率の分布
(1650V)
※g ・・・Be膜直下(0.5mm)でのPHで規格化したガス異常増幅率
入射Ｘ線Eに依らない分布←物質毎にZの範囲が違う(例.Cuは約9mm迄)
各物質毎に50%減衰した距離⇒ガス異常増幅率を導出
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8.単一電子雪崩の変動
・ガス比例計数管で作られた電荷 Q=n0eM
1個のpulseに寄与する全ての雪崩に対する平均増幅率
M 
1
n0
n
0

i 1
Ai
※A・・・単一電子が引き起こした一つの雪崩に対する電子増幅率
2
 n 
 Q 
 
各雪崩が独立であると仮定
  M 

 
M 
 Q 
 n0 
パルス波高の相対分散=イオン対の揺らぎ+単一電子の増幅率の分散
2
2
0
M 
1
2

2
M

n0
2

i 1
2

i 1

Vが高い⇒
増幅率に雪崩相互の影響（∵空間電荷効果）⇒
各雪崩は独立とはみなせなくなる
2
0

n0
1
n0
n
A
i
2
Ai

2
n0
2

cov( Ai , A j )
(i, j )
i j
Second term

n0
1
n0
2

i 1
f ( n 0 , M )
2
Ai
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9.単一電子雪崩の変動 続き
M
2

n0
n
よって
n0
1
2
i 1
2
0

2
Ai
1 
 Fn 0
Q

 Q

2
f (n0 , M )  
より
  n0

 

 n

 0
  n0

 n
 0
2
1
n0

2
A
1 
f (n0 , M ) 
2

F
 

n0


M 
 


 M 

2
2
1  A 
1


( F  b *)

 1  f ( n 0 , M )  
n0
n0  A 
n0
F
※
b *  b 1  f ( n 0 , M ) 
(bは定数)
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10.1650Vでのガス異常増幅率とb*の関係
E Q 2
b* 
(
) F
w Q
E  ER exp


w  2 . 35
2

 F


(F: 0.17と仮定)
gが約±5%以内の変動⇒b*はfactor2でほぼ同値
種々の電圧でも検証すべき!!
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種々の電圧によるEとb*の関係
低エネルギー側 一次電子数が生成された後のガス増幅の揺らぎb*が一定
高エネルギー側 ガス増幅のばらつきが効く
※位置の違い→b*の変化する所が異なる&電圧依存性も異なる
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11.種々の電圧に対するn0PH と b* の関係
∵ PH∝G
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12.種々の電圧に対するn0PH と b* の関係
PH ∝ n0G より、 n0 PH ∝ n02 G
芯線近傍 b* ∝(n0PH)0.73
芯線からやや離れた位置 b*∝(n0PH)0.35
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13.種々の電圧に対するn0M と b* の関係
芯線近傍 b*∝(n0M)1.0
芯線からやや離れた位置 b*∝(n0M)0.5
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14.種々の電圧に対するn02M と b* の関係
芯線近傍 b*∝(n02M)0.64
芯線からやや離れた位置 b*∝(n02M)0.45
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15.まとめ
□芯線からやや離れた位置
g が約±5%以内の変動→b*はfactor2でほぼ同値
□Eとb*について
低エネルギー側 一次電子数が生成された後のb*一定
高エネルギー側 ガス増幅のばらつきの効果で、b*変動
□芯線近傍 b* ∝(n0PH)0.73 b*をn0PHでparameterize
□芯線からやや離れた位置 b*∝(n0PH)0.35
□b*をn0Mとn02Mの2つでparameterize
◇芯線近傍◇
b*∝(n0M)1.0 または b*∝(n02M)0.64
◇芯線からやや離れた位置◇
b*∝(n0M)0.5 またはb*∝(n02M)0.45
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