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