その感動は3Dモニタを超える。 VR(バーチャルリア …その感動は3Dモニタを超える。VR(バーチャルリアリティ)モニタ 精細な 体視を実現する、統合VRプラットフォーム
γ 線バースト偏光モニタ GAPOM ( GA mma-ray burst PO ralization M onitor )
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Transcript of γ 線バースト偏光モニタ GAPOM ( GA mma-ray burst PO ralization M onitor )
γ 線バースト偏光モニタ GAPOM
(GAmma-ray burst POralization Monitor)
岡田京子( SPring-8 ) 三原建弘(理研)窪秀利(京大) 河合誠之(東工大) 吉田篤正
(青山)石崎欣尚(都立大) 玉川徹 桜井郁也小浜光洋 宮坂浩正 根来均(理研)
松岡勝( NASDA ) 牧島一夫(東大・理研)
Motivation: 偏光と物理過程X・γ線天文: より激しい より内側の現象の追及
偏光計を作って 偏光を観測したい!
宇宙の解明のための物理パラメーター○ 従来:★ イメージ ★ エネルギースペクトル★ ライトカーブ
1 シンクロトロン放射 超新星残骸、 AGN 、 γ線バースト (?)
2 サイクロトロン散乱 X 線パルサーの降着コラム
3 降着円盤の反射 低質量 X 線連星 ブラックホール連星
→ 放射機構、放射ジオメトリ、放射輸送過程
○ 今後: 新しい軸 「偏光」
2.6keV 5.2keV
カニ星雲 ( 超新星残骸 ) 19±1 % 20±8 %
さそり座 X-1 ( 中性子星連星 ) 0.4±0.2 % 1.3±0.4 %
白鳥座 X-1 ( ブラックホール連星 ) 2.4±1.1 % 5.3 ±2.5 %
白鳥座 X-2 ( 中性子星連星 ) 1.0± 0.9 % 3.1±2.2 %
困難の原因 (1)検出器としての検出効率:低 (2)ターゲットが多岐:強度も偏光度も素過程も様様 (3)大型/大規模な人工衛星のミッション、巨額の予算
が必要
偏光の検出
検出方法 エネルギー範囲 検出効率 偏光感度 トムソン散乱 > 10 keV 連続光 ○ ○
ブラッグ反射 < 5 keV 単色光 △ ○
光電効果 連続光 ◎ △
検出過程で散乱や反射が入ると、検出効率が低下。
トムソン/コンプトン散乱は、連続光を扱え高効率、簡便。
散乱角 θ の依存性(エネルギー毎)散乱角 φ 依存性 M パラメーター = 振幅 / 平均
現在まで、各種の天体中で4例のみ (OSO-8 衛星、 1975 年 )
γ 線バースト宇宙の最遠方かつ最大の爆発現象
短時間の突発的な現象
1 ~ 100 秒> ~10c/s/cm 2
分布は等方
強い X 線・ γ 線を放出
スパイクが見られる
理研プロジェクト HETE 2
X線 / 可視光の残光の発見 1997年 8時間後 2.5 日後
爆発原因は不明
γ 線バーストの偏光:偏光観測のブレークスルー
γ 線バーストはシンクロトロンか? ●爆発衝撃波面で粒子加速 ●粒子によるシンクロトロン放射 → 偏光 ● ドップラーブーストで γ 線に。
●光度曲線の複雑なマルチスパイク構造。 ●各々が火の玉の独立な衝撃波? → 偏光方向・偏光度が異なる可能性あ
り
1.強度の強い γ線バーストに特化
2.到来方向は分からないので広い視野
3.大面積 検出効率大←六角形敷き詰め方式、
同位相まとめの多信号読み出し
4.搭載プラットフォーム: 宇宙ステーションもしくは小型衛星
既存の技術+アイデアで 迅速に偏光観測を実現
偏光は、重要な証拠になる。
YAP/GSO/CsI/BGO
sci nti l l ati oncounter crystal(2 x 6 x 30 mm)
PMT
PMT
PMT
PMT
Li ght gui de
scatteri ng obj ects
Rod or Fi ber
(si de: 6 mml ength: 30 mm)
グラファイトや
プラスチック
石英・ UVアクリルDAQ
直接 X 線が入らないようにマスク
←視野
基本セル 基本ユニット
X 線
E
シンチレータは隣り合う辺で共通
PMT
PMT
PMTTop View
同位相のものはまとめる
六角柱を効率良く最密
トムソン /コンプトン散乱の放出異方性で 偏光を検出
GAPOM
ライトガイド
位置分解できる光電子増倍管
数台で全天を網羅する。
トムソン /コンプトン散乱の放出異方性で 偏光を検出
エネルギー範囲 : 20-150 keV(S/N good)視野 : 1 str面積 : 10000 cm2
偏向検出限度 : 5 %時間分解能 : 0.1 ms
X線
E
詳細な位置情報は HETE2 などから
位置分解能のある光電子増倍管 (PDアレイ)
DAQ システム
アクリルロッド
または
ファイバーで
基礎実験項目
センサーヘッド 1セルモデル(結晶をフルに装填)の完成
1ユニットモデルの完成 ( 1/10 モデルの試作)1ユニットの製作
ライトガイド 多チャンネル用櫛の歯型ライトガイドの開発 PMT や結晶とのコンタクトの取り方の検討
処理回路 独自の多チャンネル処理回路、 VME
放射光施設( KEK SPring-8 )での検出器の較正
パーツ試作実験
偏光Ⅹ線照射実験
シミュレーション同位相をまとめる方法の最適解 → 大面積化の検討
宇宙物理のターゲットをいれての検討
X 線発生装置での検出器の較正
散乱体・蛍光体結晶の物質の種類、大きさ、形状、コリメーターのサイズ
アセンプリ 光量ロス最小のコンタクト方法の確立
光電子増倍管 マルチアノードでクロストークの無い最適な物の選定
シンチレータ 放射線源での結晶のテスト
パーツレベルの基礎実験• 結晶:自己吸収~ 10-25%(CsI, YAP(フランス製 )) 。
• 研磨する面の数と光量→全面研磨• ライトガイド: UVアクリルまたは石英• ライトガイドロッド: 100mm を入れると光量
30%↓
X 線ジェネレータの実験結果 結晶1本
カーボン散乱体で 100% 偏光を生成
ジェネレーター
コリメーター
鉄フィルター
散乱体(カーボン)
ポラリメーター
50kV2-25mA
遮蔽箱
ポラリメーター用ダブルコリメーター
M パラメーター = 振幅 / 平均
M パラメーター 0.4
垂直方向から 5 度時計周りの方向
ジェネレーター
コリメーター
鉄フィルターポラリメーター
50kV2-25mA
遮蔽箱
ポラリメーター用ダブルコリメーター
X 線発生装置の直接光
M パラメーター 0.1→ 偏光度 25%
水平方向から 5 度時計周りの方向
偏光検出部
今後の実験予定(1セル / 1ユニット)
1. X 線発生装置での基礎実験 (適宜)
○手軽 ○ ( )△ 単色化 △発散角大 △手持ちは5 0 / 200keV以下
1セルモデルでの実験 今週末から年末
1ユニットモデルの試作・実験 ←ライトガイド
2.放射光での検出器の較正(来年)
○△芯では 直線偏光度が100%
× 強度が強すぎる
○ 高エネルギー ( 1次光、高調波、ウィグラー ) 、単色も可能
KEK PF : 縦型ウィグラー (BL14)
SPring-8 : 白色 BL (+モノクロメーター結晶1 -2枚)
単色 BL ( B/W/ ( U ) + Si(311)/Si(511 ) etc )
Si(111 )
33.15keV
失敗例
シンチレーターの性能比較NaI
(Tl)
CsI
(Tl)
GSO
(Ce)
BGO YAP
(Ce)
CaF2
(Eu)
BaF2 CeF3 CdWO4
蛍光減衰時間 (ns) 230 about 1000
60 300 30 940 0.6
630
5 15000
実効的な原子番号 50 54 59 74 35
密度 (g/cm2 ) 3.7 4.5 6.7 7.1 5.5 3.18 4.88 6.16 7.9
137Cs 減衰長 (cm) 2.6 1.9 1.4 1.2 2.6 1.9 1.0
最大蛍光波長 (nm) 410 565 430 480 347 435 220
325
305 470
光量( NaI を 100 として)
100 85 25 12 40 (50) 2
20
(10) 30-50
融点 ( )℃ 651 621 1900 1050 1850 1373 1354 1460 1325
潮解性 有◎ 少し有○ 無 無 無 無 無 無 無
◎ ○ ◎
BGO: Gd2(SiO4)O YAP:YAlO3 プラスチックシンチレーターは、熱の問題等で除外GSO:Gd2SiO5
59.5keV
PMT:R1365 (HV +800V)
CsI(Tl)
241Am
59.5keV59.5keV
59.5keV
実験結果(1)
実験結果(2)