位置感度型ガス増幅装置を用いた光検出器の開発

使用位置敏感气体放大器的光电探测器的开发

基本信息

批准号：
18654041
负责人：
関谷洋之
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18654041/
关键词：
光検出器ガス検出器光電面

项目摘要

今年度は、昨年度に引き続きフッ化マグネシウム窓にCsI光電面を蒸着した透過型光電面を用いた光検出器の性能評価を行った。ガス増幅部に関しては、昨年度の経験からガスの劣化を招かず、フレームに取り付けやすくするため、あらかじめ穴の開いたGEMを開発し導入した。増幅率は200000倍を達成し、昨年度よりさらに10倍にすることができた。これにより原理的に一光電子を検出可能な光検出器が実現した。長期安定性に関しては、エキシマランプを用い、真空紫外光を光電面に照射し、プラズマ放電の周波数と一致した出力を記録することで、一年間光電面が劣化することなく、光検出器として動作することを確認した。そして、光検出器としての評価を行うための真空紫外光光源としてNdをドープしたフッ化ランタン(Nd:LaF3)結晶シンチレーターに着目し、まず光源としての性能を評価した。この結晶は光量は少ないものの、中心発光波長173nmのシンチレーション光を出すことが分かっていた。既存の真空紫外光に感度がある光電子増倍管を用い、Nd:LaF3にアメリシウム241からの5.5MeVのα線を照射した際の光量を求めたところ、1MeV(ガンマ線相当)あたり100光子の発光をであり、光検出器評価用としては最適な微弱真空紫外光源となることを確認した。そして、実際にこの光源を開発した光検出器にとりつけ、シンチレーション光を測定した。3光電子程度のピークを検出することに成功し、実際に一光電子をとらえる能力のあることを示した。透過型CsI光電面の量子効率が2%であることも確認し、当初の設計通りの光検出器として完成した。今後の研究は反射型光電面導入による量子効率の向上を中心にすすめていく方針である。また、より発光量の多い結晶と組み合わせたX線イメージング検出器としての応用の可能性があり、東北大、京都大のグループと共同研究を行っていくこととなった。

今年，继去年之后，我们评估了使用透射光电阴极和沉积在氟化镁窗口上的 CsI 光电阴极的光电探测器的性能。关于气体放大部分，根据去年的经验，我们开发并安装了带有预钻孔的GEM，以防止气体变质并更容易安装到框架上。我们实现了20万倍的放大率，比去年增加了10倍。结果，原则上实现了能够检测单个光电子的光电探测器。关于长期稳定性，通过使用准分子灯用真空紫外光照射光电阴极并记录与等离子体放电频率相匹配的输出，可以确认光电阴极可以作为光电探测器运行一年而不会劣化。然后，我们重点研究了掺钕氟化镧（Nd:LaF3）晶体闪烁体作为真空紫外光源，进行光电探测器的评估，并首先评估了其作为光源的性能。已知该晶体会发射中心发射波长为 173 nm 的闪烁光，尽管光量很小。使用对真空紫外光敏感的现有光电倍增管，测定了镅241的5.5MeVα射线照射Nd:LaF3时的光量，发现每1MeV（相当于γ射线）发射100个光子。经证实，这是用于光电探测器评估的最佳弱真空紫外光源。然后他们将该光源连接到开发的光电探测器上并测量闪烁光。他们成功地检测到了大约三个光电子的峰值，证明它们实际上具有捕获一个光电子的能力。还证实透射型CsI光电阴极的量子效率为2%，光电探测器按照最初的设计完成。未来的研究将集中于通过引入反射光电阴极来提高量子效率。此外，还有可能与发射更多光的晶体组合用作X射线成像探测器，我们决定与东北大学和京都大学的研究小组进行联合研究。