Transcript 偏光検出用八角シンチレータの性能

偏光検出用八角シンチレータ
の性能
宮本 八太郎（日大、理化学研究所）
三原 建弘、桜井 郁也、小浜 光洋
（理化学研究所）
X線偏光検出の重要性
今までの宇宙Ｘ線天文学の観測
イメージ
スペクトル
時間変動
→新しい観測量「偏光」の導入
非熱的宇宙の証拠
シンクロトロン放射などの放射機構・
放射ジオメトリ・輻射輸送過程
についての新しい情報が得られる
散乱型Ｘ線偏光計の試作器として、
『八角シンチレータ偏光計』を作った
偏光Ｘ線の検出原理
コンプトン散乱の散乱光放出異方性
八角シンチレータとは
NaI 2
NaI 1
NaI 3
12mm
NaI 0
34mm
NaI 4
20mm
NaI 7
NaI 5
3mm
3mm
NaI 6
Top view
Bottom view
Side view
八角シンチレータに用いられている結晶の性質
密度
(g/cm3)
光量
(%)
蛍光減衰
時間(ns)
トムソン長
(cm)
NaI
3.67
100
230
1.59
BaF2
4.89
16
620
1.21
1.032
29
2.1
4.24
Plastic
(BC408)
偏光検出全体図
トリガー
Ｄｙ１１
C
slow(f<1Mhz)
C ＸＬ
E
抵
抗
分
割
C
遅延線
fast(f>10MHz)
ＸＲ
C
ＹＬ
ＹＲ
C
ブリーダー＆プリアンプ回路
位置検出型ＰＭＴ(R8520-00-C12)
信号読み出し回路
ＫＥＫ ＰＦ１４Ａにおける実験
Ｅ
Ｅ
スリット
２結晶分光器
・２結晶分光により単色化されたＸ線
を１ｍｍ×１ｍｍにコリメート
・偏光方向：垂直
→「水平方向への散乱光が多い」
・使用エネルギー：
３０、４０、６０、８０ [keV]
八角シンチレータ偏光計
Ｅ
結果１～イベントの分離～
NaI 2
NaI 3
NaI 1
NaI 4
速
い
成
分
プラスチックでのイベント
NaI 0
NaIでのイベント
NaI 5
NaI 7
NaI 6
X線による蛍光の起きた位置
BaF2でのイベント
パルスハイト
遅い成分
信号を遅い成分／速い成分に分けた図
→１０個の結晶での信号が正しく区別できている
結果２～スペクトル～
NaI
NaI
(60keV)
カ
ウ
ン
ト
NaI
Plastic
BaF2
BaF2
パルスハイト
Plastic
10本の結晶での遅い成分のスペクトル
各結晶の光電吸収の発光量とイベント分岐比
Peak ch
NaI(平均)
369.9
BaF2
56.5
plastic
64.0
エネル
ギー
[ keV]
54 (90o)
発光量比
カタログ値
（60keV相当）
イベント
分岐比
分岐比
計算値
100
100
0.43
0.43
60
14
16
0.55
0.51
60
16
29
0.02
0.04
・NaI8本の光量は
±15%でそろっている
・各結晶の光量は
期待どおりである
・各結晶へのイベント
の分岐比は
計算どおりである
40keV
30000
20000
10000
モジュレーション
水平方向のNaI
0.34
モジュレーション
45度回転
30000
20000
モジュレーション
10000
0.33
45度回転
検出器を回転させても、
同じようなモジュレーションが出ている
30000
20000
モジュレーション
0.34
10000
45度回転
カ
ウ
ン
ト
２山のサインカーブになった
偏光の検出に成功
30000
20000
モジュレーション
10000
0.34
NaI ID
0
2
4
6
モジュレーションとＭ因子
30keV
60keV
40keV
80keV
30000
カ
ウ 20000
ン 10000
ト
0
2 4
6
NaI番号
0
2 4
6
NaI番号
0
2 4
6
0
NaI番号
2 4
NaI番号
各エネルギーでのモジュレーションとM因子
（M因子：100%偏光が入った時のモジュレーション）
エネル
ギー
モジュレーション
偏光度
(%)
装置の
Ｍ因子
（keV）
30
40
0.46
0.34
82
80
0.56
0.43
60
0.36
78
0.46
6
まとめ
• 八角シンチレータ偏光計を試作し、性能を確かめた
• NaI８本、BaF2、プラスチックへのイベント光量、分岐比
はだいたい計算どおり
→正しくイベントを受けて分離できている
• 偏光の検出に成功し、八角シンチレータの
偏光度の検出効率（Ｍ因子）は0.46-0.57であった
イベント分岐比
BaF2
NaI
比
プラスチック
エネルギー[keV]
3種類の結晶でのイベントの分岐比
→３種類へのイベントの分岐比は大体計算どおりであった
fast/slow plotの説明
発光量
fast
slow
NaI
プラスチック
BaF2
0.1μｓ
１μｓ
→図の傾きはfast/slow
時間
散乱光の強度の式
Z
散乱X線の
X-Y平面分布

トムソン散乱X線
Y d
d

X
X-ray
Polarization
 r0 ( 1  sin ( ) cos ( ) )
2
2
2
入射X線
コンプトン散乱の式
 o
 s 
1
 o
mc
2
(1  cos  )
Z
偏光度検出器の性能
散乱X線の
X-Y平面分布

トムソン散乱X線
Y

X
X-ray
Polarization
入射X線