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
 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
②モジュレーションファクタM
d
2
 r0 (1 sin2 cos 2 )
d
Nmax  Nmin
sin2の振幅
M

Nmax  Nmin 強度分布の平均
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
相反する!
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
EGSシミュレーションの結果
model1
model2
model3
35mm
70mm
f140mm
検出効率h
f50mm
f50mm
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)

T
3 23 2hFS  B1
MDP 
MDP
MM
hS
FSTFT
h
100
%%
100
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
M ηが大きいほど
Energy [keV]
テーパーあり
LD=8.5keV
低い偏光度の光源でも 検出できる
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
光子バックグラウンド(CXB)
Gruber et al. (1999)
ApJ, 520, 124
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
N(E) = 2 x 10–4 [cts・n/cm2/s/str/MeV]
CsI : 32.5 [Hz/CsI] × 12枚 = 390 [Hz]
プラシンチ : 193 [Hz]
CsI
プラシンチ
合計
光子BGD
815Hz(LD=30keV) 570Hz
1385Hz
粒子BGD
390Hz
193Hz
583Hz
1585Hz
1585Hz
GRB
(10photon/cm2/s)
衛星本体からの散乱光子の影響
GAP + 燃料タンク(Al) に入射
GAPのみに入射
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%
散乱光子
スラスタ用
燃料タンク
GRBの偏光検出期待数
3 2
MDP 
M100 %
hFS  BT
前方の立体角60度以内のGRB
前方の立体角30度以内のGRB
hFST
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。
その後、通信が途絶えるまで運用
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
斜めから入射する場合
強度分布が検
出器の形状の
影響を受ける
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
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2008春季(江村)