| 研究課題/領域番号 |
16H03969
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
河合 秀幸 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (60214590)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 素粒子実験 / γ線測定器 / 高位置分解能 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は数GeV程度の高エネルギーγ線が複数層の板状無機シンチレーター内で電子陽電子対生成を起こした位置を0.1mm程度の分解能で測定する検出器の開発を目的としている。本年度では、28mm×28mm×3.5mmのLa-GPSシンチレーター(株式会社Ｃ＆Ａ製造)、直径0.2mmの波長変換ファイバー（クラレトレーディング社のB-3とY-11)、位置弁別型光電子増倍管（浜松ホトニクス社のH8500）を組み合わせた測定器を製作した。
90Sr/90Y密封線源からのβ線を鉛スリットを用いて幅0.1mm程度のシートビームを形成して本測定器に照射し、個々の波長変換ファイバーからの光量を波高測定回路で測定しその重心を求めることによって、位置分解能が標準偏差で0.085mmを得た。また22Ｎａ密封線源からの511keVγ線を照射して、波長変換ファイバーの一方の端を束ねて全光量を測定したところ、平均25個の光電子を測定した。本測定器を実際の高エネルギーγ線の測定に用いる場合は電子陽電子対がシンチレーターを貫通した場合には約8MeVのエネルギー損失があるので、この測定光量は電子陽電子対と雑音（511keVγ線とコンプトン電子）を確実に識別できる。β線シートビームの測定に戻って、信号処理回路数を節約するために波長変換ファイバーを２本づつ束ねて光量を観測した場合の位置分解能は0.105mm、３本づつ束ねた場合の位置分解能は0.13mmであった。なお、本測定器は波長変換ファイバーの一方の端はファイバー番号を32で割った余りが同じファイバーを束ね、他方の端はファイバー番号を32で割った商が同じファイバーを束ねることによって、1024本のファイバーを32+32＝64channelの受光素子＋信号処理回路で測定できる。本測定器の費用は１層当たり100万円程度である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は日本医療研究開発機構(AMED)の医療分野研究成果展開事業（先端計測分析技術・機器開発プログラム）にも採択され、511keVγ線の測定器開発研究も同時に実施できた。本研究とAMEDの研究はエネルギーは全く異なるが高位置分解能γ線測定器の開発研究であり、無機シンチレーター・受光素子・信号処理回路は共通で利用できる。２課題の研究を同時に行なうことによって、100万円相当の無機シンチレーター・200万円相当の受光素子・400万円相当の信号処理回路を用いることができた。本研究の当初計画では予算枠を踏まえて有効面積50mm×50mm程度の小型測定器を製作する予定であったが、AMED研究と一体化することによって実際の素粒子実験に使用するような300mm×300mm程度の測定器を製作する予定である。
本研究では当初GAGGシンチレーターを使用する予定であったが、La-GPSシンチレーターを発見した。La-GPSはGAGGと比べて波長変換ファイバーと光電子増倍管で測定した場合の光量は約５倍である。このため波長変換ファイバーの両端を異なる方法で束ねることによってＮ**2本のファイバーを2Ｎ個の受光素子と信号処理回路で測定できるようになり、回路数が大幅に削減できた。当初は実際の実験に用いる測定器の製造原価は１億円程度と考えていたが、１千万円程度で実現できる見込みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
2018年度は本研究の最終年度であり、実際の素粒子実験に使用するような300mm×300mm程度の測定器を製作する。但し検出効率95％を達成するには10層程度が必要だが、本研究で位置分解能やエネルギー分解能を評価するだけなら2層で十分である。
測定浮きの性能評価実験は東北大学電子光理学研究センターの高エネルギー光子ビームや電子ビームで行なう予定である。
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