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GEM/ μPIC を用いた真空紫外 イメージング検出器 III 日本物理学会 第 65 回年次大会 2010 年 3 月 23 日　 岡山 大学　

GEM/ μPIC を用いた真空紫外 イメージング検出器 III 日本物理学会 第 65 回年次大会 2010 年 3 月 23 日　 岡山 大学　. 関谷洋之 東京大学宇宙線研究所 窪秀利 , 黒澤俊介 , 谷上幸次郎 , 谷森達 京都大学理学研究科 柳田健之 , 横田有為 , 吉川彰 東北大学多元物質研究所 福田健太郎 , 石津澄人 , 河口範明 , 須山敏尚 株式会社トクヤマ. Review UV シンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメージャー. VUV シンチレーター. ガスイメージング装置. LaF 3 (Nd 3+ 8%mol)

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GEM/ μPIC を用いた真空紫外 イメージング検出器 III 日本物理学会 第 65 回年次大会 2010 年 3 月 23 日　 岡山 大学　

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  1. GEM/μPICを用いた真空紫外イメージング検出器III日本物理学会第65回年次大会2010年3月23日　岡山大学　 関谷洋之 東京大学宇宙線研究所 窪秀利, 黒澤俊介,谷上幸次郎 ,谷森達 京都大学理学研究科 • 柳田健之, 横田有為, 吉川彰 • 東北大学多元物質研究所 • 福田健太郎, 石津澄人,河口範明, 須山敏尚 • 株式会社トクヤマ

  2. Review UVシンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメージャー VUVシンチレーター • ガスイメージング装置 • LaF3(Nd3+8%mol) • λ=172nm,τ= 6ns • 発光量　 100Photons /5.5MeVα • 10cmμPIC400μピッチstrip • 10cmGEM 70φ140μピッチ • Readout : AtlasASD,FPGD • 透過型/反射型のCsI • 光電面を組み合わせると 241Am 2.6MBq照射

  3. 透過型CsI光電面によるセットアップ QE • 透過型光電面 • 5tMgF2窓 • Al電極　エッジ＋10mmヒゲ • CsI蒸着50mm o(10nm)

  4. 反射型CsI光電面によるセットアップ • 反射型光電面 • 10cm100μmLCPGEM • 2μmNi、0.2μmAuメッキ • CsI蒸着　o(100nm) ?

  5. 光検出器としての位置分解能評価スリットによるイメージング光検出器としての位置分解能評価スリットによるイメージング 反射型 透過型 10mm 0.1t PVC slit Gain：～7×105 Gain：～1×105 15mm 241Am X projection LaF3 2mm 共にスリット幅1.6 倍になっている

  6. ピクセルシンチレーター • 放射線検出器として位置感度を向上させる手法 • like… GSO 3mm×3mm×10mm 16×16 array Multi Anode PMT H8500 16ch strip 読み出し

  7. LaF3（Nd）　ピクセルの製作 • 3mm×3mm×10mm • 反射材:テフロンテープ (90%?) • 光量は巻き方依存が大きい • 241Am 5.5MeVのαピークをPMTR8778で測定しながらquality control 1pixelにつき3回測定

  8. 3×3pixel arrayの製作 3 2 1 • 9pixelの分散より各pixelでの分散の方が小さいので発光量に差があるだろう。 1234 5 6789 4 6 5 全体平均：8070 分散（1σ）：662 8 7 9 9結晶で3回ずつ測定 10.3 mm

  9. セットアップ 透過型 Gas gain 106 109Cd照射、銅特性X線（8keV） によるゲイン測定 今回の測定条件： Gain 6.0 x 105 105 GEM間 HV 180 200 220 240 260 280 300 320

  10. マウント 下半分の感度が悪いことが分かっていたので 上部にマウント カソード側 アノード側 Pixel毎のイメージングの方法 狙ったピクセルに照射できるようにテフロンのマスクをおき、その上に線源を乗せて測定した。 3,5,7に照射 241Am α線源 (8 kBq)

  11. 3への照射 はピクセルの位置 黄緑枠：アレイ部分 3.2mm分 X軸へのprojection Count (a. u.) 銅リング 特性X線？by 59.5keV

  12. 5への照射 はピクセルの位置 黄緑枠：アレイ部分 3.2mm分 X軸へのprojection Count (a. u.)

  13. 7への照射 はピクセルの位置 黄緑枠：アレイ部分 3.2mm分 X軸へのprojection Count (a. u.) 銅リング 特性X線？

  14. 再構成位置の評価 Gaussian fitで求めた位置 • Pixel 3 • Peak 48.81mm • s=3.02mm • Pixel 5 • Peak 52.93mm • s=2.91mm • Pixel 7 • Peak 56.92mm • s=3.06 mm X軸へのprojection 4mm 4mm 実際のピッチ3.4mm Pixel size 3mm 3 5 7 1.2 倍程度に拡がっている

  15. まとめ • 真空紫外シンチレーターとＭＰＧＤを組み合わせた硬Ｘ線イメージング検出器の開発を行っている。 • 位置分解能向上を目指し、3mmのＬａＦ3（Nd）結晶ピクセル9本使ったアレイを試作し、検出器と組み合わせた。 • 各ピクセルごとにα粒子を照射し、各ピクセルの分解に成功した。 今後 • イメージ拡大の理解、応用 • Photon detection efficiencyの向上 • QE, geometry, ion feedback… • より発光量の多い結晶との組み合わせ

  16. Extra slides

  17. 目的 • MPGDを使った真空紫外光検出器と、真空紫外フッ化物結晶シンチレーターと組み合わせ、ガスの検出効率を克服し、硬X線イメージング検出器を完成させる。 組織 • 高速応答のVUV発光シンチレータ • CsI光電面（協力：浜松） • MPGDとの組み合わせ • 　　　　（協力：サイエナジー、DNP） • μPIC読み出し回路

  18. 光検出器としての評価シンチレーター結晶の形の撮像光検出器としての評価シンチレーター結晶の形の撮像 • 実際の受光面は30φ • 18x21x20mm3 LaF3(Nd) + 2.6MBq241Am • テフロンを反射材として使用 透過型

  19. 透過型光検出器セットアップ LaF3窓開口部30mm （5mm厚） 印加電圧 電場 Drift -1250V ドリフト電極銅リング (内径50mm、外径74mm) CsI (蒸着) 2.5 mm 1st GEM 　上: -1050V 　下: -750V アルミ電極(蒸着) 0.8kV/cm GEM(LCP 50厚) 2 mm 1.25kV/cm 2nd GEM 　上: -500V 　下: -200V GEM(カプトン 50厚) 2 mm 3 kV/cm - PIC:400V -PIC 10 cm 10 cm

  20. GEM::SMASH • Φ70μm　ピッチ140μm 10cm×10cm100μmLCP ×20対物レンズ（レーザー） ×150倍対物レンズ （カラー＋レーザー） KEYENCEVK9700 カラー３D　レーザー顕微鏡

  21. μPIC::μPIC-SE • 400μmピッチ、10cm×10cm • 16ch+16ch読み出しのμPIC-SE • さらに4ch+4ch読み出しで使用 ×20倍対物レンズ （カラー） ×20倍対物レンズ （3Dレーザー）

  22. Electric Fields Geometry Vessel(GND) MgF2Window CsIPhotocathodeAlelectrode1um-1300V)1st GEM -910V) Alvessel 0度 (Al電極の伸びてる方向) Al Al MgF2 GEM 25度 (Al電極のない方向)

  23. Feedback Problems in photondetection • Ion and photon feedbacks Limit the stable high gain operation • Many activities to overcomethe feedbacks. • Gating • Ion defocusing by MHSP/COBRA A.Breskin TIPP09@Tsukuba ５ １ • Blind reflection T. Sumiyoshi et al., A. Breskin et al.,

  24. Photon Signal • Readout: μPIC64 stripssummed • Amplified with CP581 preamp (1V/pC) Clearpluse co., ltd. 120mV The gas gain 2.6×105 Detected number of photoelectrons 120mV/1V×1pC/(1.602×10-19)/ 2.6×105=2.9 p.e.

  25. Spectrum Sensitive to 1p.e. ! • Source intensity 100 photon →　QE　～　1-2 % ∫ × dλ = Agrees with QE curve and the luminescence spectrum

  26. 金メッキGEM • 両面Auメッキ Auメッキ後 100μmLCP-GEM/SMASH 窒素中　耐圧　～700V 窒素中　耐圧　～650V 放電頻発

  27. １　硬X線イメージング検出器 • 次世代X線CTとしての応用 • 既存X線CTの問題 被爆量が大きい＞10mmSv 造影剤の負担（単色CT） 分解能～１ｍｍ（MRIより一桁落） 増幅なし、低S/N　→　高コスト回路 • X-VUV-electron CT 高速応答による高効率化　＜10ns →1mSv カラーCTによる高コントラスト化（造影剤不要） 分解能～100μｍ 高ゲイン（>105）、高S/N　→　低コスト化 被爆量1/10 解像度10倍 （発見率向上） コスト1/10

  28. ２. 真空紫外光検出器 真空紫外光技術は非常に有望なプローブ→　展開 • 構造解析による材料、新薬等の開発 　　　　既存放射光施設 • 大強度だが、十分な測定時間が確保できない。 • 材料、新薬等の開発に必要な繰り返し測定ができない コンパクトな放射光施設→真空紫外光 • 先端学術研究を主目的としない、産業への展開を重視した施設の計画（産総研、広島大、中部） • 自由電子レーザーの開発 真空紫外光の得意分野 • 表面状態、分子吸着等 • タンパク質（アミノ酸の吸収波長） 28

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