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

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

  2. 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！

  3. 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。　

  4. 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

  5. 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

  6. 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 Ｅ 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

  7. X線 Ｅ 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

  8. 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

  9. 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%↓

  10. 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

  11. 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）

  12. 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

  13. 59.5keV 59.5keV PMT:R1365 (HV +800V) CsI(Tl) 241Am 59.5keV 59.5keV 実験結果（１）

  14. 実験結果（２）

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