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γ 線バースト偏光モニタ GAPOM ( GA mma-ray burst PO ralization M onitor ) PowerPoint PPT Presentation


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γ 線バースト偏光モニタ GAPOM ( GA mma-ray burst PO ralization M onitor ). 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). 宇宙の解明のための物理パラメーター. ★ イメージ . ★ エネルギースペクトル. ★ ライトカーブ. ○ 従来:. ○ 今後: 新しい軸 「偏光」. → 放射機構、放射ジオメトリ、放射輸送過程.

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γ 線バースト偏光モニタ GAPOM ( GA mma-ray burst PO ralization M onitor )

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Presentation Transcript


Gapom ga mma ray burst po ralization m onitor l.jpg

γ線バースト偏光モニタGAPOM(GAmma-rayburstPOralizationMonitor)

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 l.jpg

宇宙の解明のための物理パラメーター

★イメージ 

★エネルギースペクトル

★ライトカーブ

○従来:

○今後: 新しい軸 「偏光」

→放射機構、放射ジオメトリ、放射輸送過程

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

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!


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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 %

散乱角φ依存性

散乱角θの依存性(エネルギー毎)

Mパラメーター = 振幅 / 平均

偏光の検出

現在まで、各種の天体中で4例のみ (OSO-8衛星、1975年)

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

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。 


Slide4 l.jpg

短時間の突発的な現象

1~100秒>~10c/s/cm2

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HETE2

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

宇宙の最遠方かつ最大の爆発現象


Slide5 l.jpg

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 

偏光は、重要な証拠になる。

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


Slide6 l.jpg

DAQ

石英・UVアクリル

六角柱を効率良く最密 

シンチレータは隣り合う辺で共通

グラファイトや

プラスチック

X線

直接X線が入らないようにマスク

←視野

同位相のものはまとめる

YAP/GSO/CsI/BGO

基本セル 基本ユニット 

トムソン/コンプトン散乱の放出異方性で 偏光を検出


Gapom l.jpg

X線

アクリルロッド

または

ファイバーで

数台で全天を網羅する。

GAPOM

トムソン/コンプトン散乱の放出異方性で 偏光を検出

位置分解できる光電子増倍管

ライトガイド

詳細な位置情報はHETE2などから

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


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基礎実験項目

パーツ試作実験

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

シンチレータ  放射線源での結晶のテスト

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

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

アセンプリ 光量ロス最小のコンタクト方法の確立

処理回路独自の多チャンネル処理回路、VME

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

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

偏光Ⅹ線照射実験

X線発生装置での検出器の較正

放射光施設(KEKSPring-8)での検出器の較正


Slide9 l.jpg

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%↓


Slide10 l.jpg

Mパラメーター = 振幅 / 平均

カーボン散乱体で100%偏光を生成

垂直方向から5度時計周りの方向

Mパラメーター 0.4

偏光検出部

X線発生装置の直接光

水平方向から5度時計周りの方向

Mパラメーター 0.1

→ 偏光度 25%

X線ジェネレータの実験結果 結晶1本


Slide11 l.jpg

33.15keV

失敗例

Si(111)

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50 / 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

KEKPF: 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)


Slide13 l.jpg

シンチレーターの性能比較

GSO:Gd2SiO5

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


Slide14 l.jpg

59.5keV

59.5keV

PMT:R1365 (HV +800V)

CsI(Tl)

241Am

59.5keV

59.5keV

実験結果(1)


Slide15 l.jpg

実験結果(2)


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