櫻井敬久、郡司修一、門叶冬樹、齋藤信人、氏家夏樹、茂木鈴香 ( 山形大理 ),

林田清 ( 阪大理 ),豊川秀訓、鈴木昌世、広田克也 (JASRI),

岸本俊二 (KEK)

放射光偏光 X 線を用いた撮像型キャピラリーガス比例計数管の特性試験

Purpose

X 線光電子飛跡撮像による 宇宙 X 線偏光度検出器の開発

偏光 X 線を用いた性能評価

放射光を用いた特性試験

Z

X

Y

入射 X 線X-ray

Polarization

K 殻光電子光電子射出角の X-Y 分布

4

222

72

4

52

0 ))cos(1(

)(cos)(sin24

137

h

mcZr

d

d

Heitler W.,The Quantum Theory of Radiation

detector plane (X-Y）

Auger Electron

Photo ElectronTrack

Bragg refrection Thomson scattering X-ray CCD Gas trackEnergy Range 2.6keV,5.2keV 5-15 keV 20-40 keV 3-100 keV

Imaging × × ◎ ○Spectroscopy △ ○ ◎ ○

Timing ◎ ◎ △ ◎Polarimetry(M.F.) >90% >50% 10-20% >50%

X 線光電子飛跡像を用いた偏光度検出器

キャピラリープレートガス比例計数管（ CGPC ）

22keV 　 X 線光電子 22keV 　 X 線光電子Fine Imaging 機能を持つ広帯域 X 線撮像型 X 線偏光度検出器として開発。放射光を用いた特性試験

放射光実験のセットアップ

実験パラメータ２

放射光 ビームライン エネルギー サイズ 偏光方向 偏光度SPring- 8 BL38B1 20keV 200m角 水平 93%KEK PF BL14A 20keV 400m 垂直 77%

放射光 ビームライン 強度1(Photon/ cm2/ s) 強度2(Photon/ s)SPring- 8 BL38B1 3.6x1012 9.6x102

KEK PF BL14A 1.2x1010 1.8x103

実験パラメータ１

1.Cu Filter なし　 2.Cu Filter あり、 CIGC 入射時。

結果：積算イメージ（ SPring-8 ）

Lorentzian and liner fitting.FWHMx=1.72 mmFWHMy=1.36 mm 26.1

FWHM

FWHM

Y

X

20 秒積算（約 560events ）

Energy Resolution

23% @ 20 keV

結果：積算イメージ（ KEK PF ）20 秒積算（約 800events ）

Lorentzian and liner fitting.FWHMx=1.35 mmFWHMy=2.38 mm

Energy Resolution

18% @ 20 keV

58.0FWHM

FWHM

Y

X

１イベント (CGPC Anode トリガー ) の解析方法

00

01

M

MYc

00

10

M

MXc

２）重心（ XC,YC ）

x y

jiij yxIyxM ),(

1 ） 0 ～２次のモーメントを計算。 I(x,y) は光量

2

00

20cXM

Ma

ccYXM

Mb

00

112

2

00

02cyM

Mc

2

,arctan cab

３） X 軸に対する最小２次モーメント軸（）

（ Xc,Yc)=(309,187)

= 128.4°

４）最小２次モーメント軸がX 軸に平行になる様に回転。（回転中心→重心を画像中心）

imageCc

imageCc

YYY

XXX

Y

X

cossin

sincos,

,

５） X 軸射影図から飛跡のエンドポイント領域を除く。(X 線入射位置情報を使用 )

飛跡のエンドポイントを除いた領域

６）飛跡のエンドポイントを除いた領域を最初の座標に戻し、この像に対して最小２次モーメント軸を求める。

（ Xc,Yc)=(309,187)

= 128.4°= 158.3°

最初の座標系

サンプルイメージ

Straight Multiple Scatterin

g

Diffusion

結果 :SPring-8

平均： 2mm

重心分布

2 分布（ 3444 イベント）

M.F.=19.7±2.4%

結果 :SPring-8

>1mm >1.5mm

M.F.=19.7±2.4% M.F.=21.0±2.7%

>2mm

3444 events 2782 events 1579 events

M.F.=26.0±3.6%

結果 :KEK PF

重心分布平均： 1.7mm

2 分布（ 1247 イベント）

M.F.=31.2±4.1%

まとめ

キャピラリーガス比例計数管（ CGPC) を用いた光電子飛跡撮像による X 線偏光度検出器の開発を行っている。放射光（ SPring-8, KEK PF ）偏光 X 線を用いてCGPC の特性試験を行った。

水平（ SPring-8 ）、垂直 (KEK PF) に偏光した X 線に対する偏光検出能力は、それぞれ 19.7±2.4% 、 31.2±4.1% 。

偏光検出能力の位置に対する依存性

今後の予定

偏光検出能力のエネルギー依存性

結果 :SPring-8

結果 :KEK PF

X

Z

Y

Incoming X-ray

X-ray Polarization

X-ray Polarization

Ejected K-shell Photo-electron

Angular distribution on the detector plane (X-Y)

Performance of X-ray polarimeter

detector plane (X-Y）

Auger Electron

Photo ElectronTrack

4

222

72

4

52

0 ))cos(1(

)(cos)(sin24

137

h

mcZr

d

d

Heitler W.,The Quantum Theory of Radiation

The photo-electric effect is very sensitive to photon polarization

Bragg refrection Thomson scattering X-ray CCD Gas trackEnergy Range 2.6keV,5.2keV 5-15 keV 20-40 keV 3-100 keV

Imaging × × ◎ ○Spectroscopy △ ○ ◎ ○

Timing ◎ ◎ △ ◎Polarimetry(M.F.) >90% >50% 10-20% >50%

キャピラリープレートガス比例計数管（ CGPC ）

Fine Imaging 機能を持つ広帯域 X 線撮像型 X 線偏光度検出器として開発。