関谷洋之 　 2010 年 3 月 23 日 日本物理学会　第 65 回年次大会 ( 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

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Review UV シンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメージャー

LaF3(Nd3+ 8%mol) λ=172nm,τ= 6ns 発光量　

100Photons /5.5MeV 　 α

ガスイメージング装置

透過型 / 反射型の CsI光電面を組み合わせると

VUV シンチレーター

10cm 　 μPIC 　 400μ ピッチ strip 10cm 　 GEM 70φ 　 140μ ピッチ Readout : Atlas 　 ASD,FPGD

241Am2.6MBq 照射

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透過型 CsI 光電面によるセットアップ

透過型光電面◦5t 　 MgF2 窓◦Al 電極　エッジ＋ 10mm ヒゲ◦CsI 蒸着 50mm o(10nm)

QE

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反射型 CsI 光電面によるセットアップ反射型光電面

◦10cm 　 100μm 　 LCP 　GEM

◦2μmNi 、 0.2μmAu メッキ◦CsI 蒸着　 o(100nm)

?

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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

0.1t PVC slit

LaF3

241Am X projection

2mm

15m

m

10mm

Gain ：～ 7×105 Gain ：～ 1×105

透過型 反射型

共にスリット幅 1.6 倍になっている

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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…

GSO3mm×3mm×10mm16×16 array

Multi Anode PMTH8500

16ch strip 読み出し

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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

PMT 　 R8778 で測定しながらquality control

1pixel につき 3 回測定

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3×3pixel array の製作

9 pixel 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。

1 2 3 4 5 6 7 8 9

9 結晶で 3 回ずつ測定

全体平均： 8070分散（ 1σ ）： 662

10.3 mm

123

46

78

5

9

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セットアップ

今回の測定条件：Gain 6.0 x 105

109Cd 照射、銅特性 X 線（ 8keV ）によるゲイン測定

GEM 間 HV

180 200 220 240 260 280 300 320

106

105

透過型

Gas gain

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マウントカソード側 ア

ノー

ド側 3 2 1

6 5 49 8 7

Pixel 毎のイメージングの方法

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

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。

241Am α 線源(8 kBq)

3,5,7 に照射

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3 への照射

Count (a. u.)

3.2mm 分

黄緑枠：アレイ部分

銅リング特性 X 線？by 59.5keV

X 軸への projection

はピクセルの位置

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5 への照射はピクセルの位置

Count (a. u.)

3.2mm 分

黄緑枠：アレイ部分

X 軸への projection

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7 への照射はピクセルの位置

Count (a. u.)

3.2mm 分

黄緑枠：アレイ部分

X 軸への projection

銅リング特性 X 線？

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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

4mm

4mm

57

3

実際のピッチ 3.4mmPixel size 3mm

1.2 倍程度に拡がっている

X 軸への projection

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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ＬａＦ 3 （ 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。

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

今後

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Extra slides

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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

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 ）

高速応答の VUV 発光シンチレータ

μPIC 読み出し回路

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光検出器としての評価シンチレーター結晶の形の撮像

透過型

実際の受光面は 30φ18x21x20mm3 LaF3(Nd) + 2.6MBq 241Amテフロンを反射材として使用

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透過型光検出器セットアップ

2 mm

GEM(LCP 50厚 )

GEM( カプトン 50厚 )

-PIC

LaF3 窓　開口部 30mm （ 5mm厚）

10 cm

アルミ電極 ( 蒸着 )

ドリフト電極銅リング(内径 50mm 、外径 74mm) CsI

( 蒸着 )

2 mm

10 cm

- PIC:400V

1st GEM　上 : -1050V　下 : -750V

Drift -1250V 印加電圧

2nd GEM　上 : -500V　下 : -200V

2.5 mm0.8kV/cm

1.25kV/cm

3 kV/cm

電場

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GEM::SMASHΦ70μm 　ピッチ 140μm 　　　 10cm×10cm 　 100μm 　 LCP

×150 倍対物レンズ（カラー＋レーザー）

×20対物レンズ（レーザー）

KEYENCE 　 VK9700 カラー３ D 　レーザー顕微鏡

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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）

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MgF2Al

GEM

Al vessel

Electric Fields

GeometryVessel(GND)MgF2 WindowCsI PhotocathodeAl electrode 1um 　 -1300V)1st GEM -910V)

Al 0 度(Al 電極の伸びてる方向 )

25 度(Al 電極のない方向 )

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Feedback Problems in photon detection

Ion and photon feedbacks

Limit the stable high gain operation Many activities to overcome 　 the feedbacks.

◦ Gating◦ Ion defocusing by MHSP/COBRA

A.Breskin TIPP09@Tsukuba

１

５

◦ Blind reflection

A. Breskin et al.,T. Sumiyoshiet al.,

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Photon Signal Readout: μPIC 　 64 strips summed 　 Amplified with CP581 preamp (1V/pC) Clearpluse co., ltd.

The gas gain 2.6×105

Detected number of photoelectrons 　　 120mV/1V×1pC/(1.602×10-19)/ 2.6×105=2.9 p.e.

120mV

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Spectrum

∫ × dλ

Source intensity 100 photon → 　 QE 　～　 1-2 % 　

=

Sensitive to 1p.e. !

Agrees with QE curve and the luminescence spectrum

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金メッキ GEM両面 Au メッキ

100μmLCP-GEM/SMASH Au メッキ後

窒素中　耐圧　～ 700V 窒素中　耐圧　～ 650V 放電頻発

関谷洋之 2008 年 8 月 19 日 京都大学 GCOE 面接　

１　硬 X 線イメージング検出器

• 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

　

27

• 次世代 X 線 CT としての応用

• 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

関谷洋之 2008 年 8 月 19 日 京都大学 GCOE 面接　

　　　　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）

２ . 真空紫外光検出器

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• 構造解析による材料、新薬等の開発真空紫外光技術は非常に有望なプローブ→　展開