ガンマ線バースト偏光検出器ＧＡＰの詳細設計と性能評価

ガンマ線バースト偏光検出器ＧＡＰの詳細設計と性能評価ガンマ線バースト偏光検出器ＧＡＰの詳細設計と性能評価金沢大学　江村尚美　村上敏夫　米徳大輔　藤本龍一　　　　　　　青山有加　児玉芳樹　藤本大史理研　　　　三原建弘山形大学　郡司修一　門叶冬樹

目次 • ガンマ線バースト(GRB)偏光検出機GAPのデザインの最適化 • 　性能を左右するパラメータ • 　→　検出効率　モジュレーションファクタ　LD • 宇宙空間でのGAPが受けるバックグラウンド • 光子バックグラウンド(CXB)　粒子バックグラウンド(CR) • 衛星本体からの散乱による影響 • GAPによるGRBの偏光観測期待数 • BATSEのカタログから1972イベントについてFluxと観測時間から計算する

EGSシミュレーション ②モジュレーションファクタM • hとMの関係 ①検出効率h 検出器に入射した光子のうち偏光観測に使える光子の割合 hを良くするためには、散乱体から吸収体を見こむ立体角を大きくする Mを良くするためには、散乱体から吸収体を見こむ立体角を小さくする相反する！

EGSシミュレーションの結果 GAP 35mm model1 model2 model3 70mm f140mm f50mm f50mm 検出効率h モジュレーションファクタM • プラスチックシンチレータのThresholdは7 keV • プラスチックシンチレータとCsIシンチレータの同期イベントを読み出す • モデル3,4,5について　テーパーが付くと… • 反応する体積が減るのでhは減少する。 • Mの高い中心付近での散乱光がCsIまで届きやすくなりMは増加する。 • Mの低い外側付近の体積が減るので、Mは増加する。

検出可能最小偏光度 （MinimumDetectablePolarization） LDレベル LD=10.5keV テーパーなし F:GRBのフラックス　S:有効面積 B:バックグラウンド(CXB+CR) T:観測時間 Energy [keV] LD=8.5keV テーパーあり Energy [keV] テーパー加工でLDが改善されたテーパーを付けるほど性能は良くなるが、衛星に載せる検出器として、安全な形

バックグラウンドのレートの見積もり Gruber et al. (1999) ApJ, 520, 124 • 光子バックグラウンド（CXB） 7.877 E–1.29 exp(-E/41.13) … (3 – 60 keV) N(E) = A (E/60)–6.5 + B (E/60)–2.58 + C (E/60)–2.05 … (> 60 keV) (A = 0.0259/60, B = 0.504/60, C = 0.0288/60) [photon/keV/cm2/sec/str] CsI : 67.9 [Hz/CsI]× 12枚　＝　815 [Hz] …30～300keV プラシンチ:570 [Hz/Plastic] …7～300keV • 粒子バックグラウンド CsI : 32.5 [Hz/CsI]×12枚　＝　390 [Hz] プラシンチ: 193 [Hz] N(E) = 2 x 10–4 [cts・n/cm2/s/str/MeV]

衛星本体からの散乱光子の影響 GAPのみに入射 GAP + 燃料タンク(Al) に入射 GRB 燃料タンク(Al) のみに入射タンクからの散乱光子の影響は、GRBのカウントの2％スラスタ用燃料タンク散乱光子

GRBの偏光検出期待数 前方の立体角60度以内のGRB 前方の立体角30度以内のGRB BATSEのカタログに掲載されている1972イベントのＧＲＢについてFluxとT90を代入する。金星まで約200日かけて接近する。斜めから入射する場合その後、通信が途絶えるまで運用強度分布が検出器の形状の影響を受ける • 検出器の前方の立体角30度以内 GRBが40%の偏光度　運用1年で1.5event 60%の偏光度　 3event 補正を行い偏光度を求める

まとめ • テーパー加工を施すことでモジュレーションファクタMが良くなる • 　→MDPが良くなる • テーパー加工を施すことでLDが改善される • 　→実験から明らかになった • 衛星本体からの散乱は見込む立体角が小さいため効かない • 1年間の運用でGRBの偏光観測が可能 2010年5月　　打ち上げ予定

ガンマ線バースト偏光検出器ＧＡＰの 詳細設計と性能評価