～2.5 nA cm -２ (low noize)

1. Calendar Years EM test • hardware tests • reviews Environmental testing Preliminary Design Review 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2011 2000 TKR & CALFM A/B Scheduled LAT Delivery 1997/1999 Beam test BalloonFlight Ops. Launch CriticalDesign Review Prelim. & Sys. Design Final Design Engr’g Models Build & Test Flight Units LAT I&T Observatory I&T BeginLAT I&T 有効面積の入射角依存性 角度分解能 有効面積 エネルギー分解能 AGN - blazars pulsars LMC unidentified EGRET (3rd Catalogue) : ~271 sources GLAST: ~10000 sources (2 year) 1997/1999 ビーム試験 1997年、1999年にスタンフォード線形加速器センターでビーム試験を行い、角度分解能、エネルギー分解能など基本性能の確認や、シャワーの発達のシミュレーションとの詳細な比較などを行った。日本人では、平山(UCSC)、半田(SLAC)などが参加した。(所属は当時) Beat Test Engineering Model: single tower composed of TKR/CAL/ACD # of hit strips per layer (Hit multiplicity) =shower development in TKR (do Coutoe Silva et al., 2001, NIMA474) 0deg. Incident middle layer 30deg. Incident middle layer PSF vs. Energy (W. Atwood et al., 2000, NIMA) 0deg. Incident lower layer 30deg. Incident lower layer 大気深さとトリガレートの関係 AMSによる陽子スペクトルのデータとモデル関数 1.2kHz maximum (~500Hz is predicted for each tower of LAT) 1kHz Engineering Modelの試験 • 3.8g cm-2 (38km) • 500Hz in level flight 0 フライトモデルに向け、小型タワーを用いて、試験方法、解析方法を確立した。 (Courtesy of E. do Couto e Silva) EM: mini-tower(3 x-y layers) g cm-2 1 10 100 赤道 磁極 荷電粒子事象による、各Siレイヤーでのカウントレート(データ vs. シミュレーション) TOT (time over threshold): 低消費電力でエネルギー情報を得て粒子を弁別し、対生成を起こした場所を特定 実データ muon gamma(e-+e+): 2MIP gamma upward downward e-/e+ Energy measured by CAL secondary proton primary proton cocmic Ray(muon): 1MIP alpha 17.6MeV 14.6MeV 宇宙γ線衛星GLAST搭載LAT検出器の開発試験 水野恒史、大杉節、深沢泰司、吉田勝一、川端弘治、河本卓也(広島大)、釜江常好、田島宏康(SLAC)、 河合誠之、片岡淳(東工大)、高橋忠幸(JAXA) 要旨: GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) は2007年度打ち上げ予定の宇宙γ線衛星で、米国、日本、イタリア、フランス、スゥエーデンなどの国際協力からなるミッションである。主検出部であるLAT(Large Area Telescope)は、飛跡検出部にシリコンマイクロストリップ検出器を、カロリメーター部にCsIシンチレーターを用いたタワーと呼ばれるモジュールを16個並べ、周りをプラスチックシンチレーターで囲んで荷電粒子事象を反同時係数で落とす。LATは30MeV-300GeVもの広いエネルギー帯に感度を持ち、CGRO衛星搭載EGRETの30倍もの感度でγ線宇宙の探査を行うことで、高エネルギー宇宙物理学の分野で新境地を開こうとしている。 　このLATの開発において、これまで日本グループはシリコン検出器の開発およびその性能試験、2001年の気球実験のシミュレーションやデータ解析、宇宙線バックグラウンドモデルの開発、フライトモデル試験プログラムの開発などで貢献を行ってきた。またフライトモデルの組み立てが本年から始まっており、その試験にも参加している。本講演では、ハードウェア開発を中心に、GLAST衛星の概要とこれまでの日本の貢献の紹介を行う。 GLASTで期待される成果: GLAST衛星の概要: (b) (a) 5sigma検出限界 (a) • TKR(U.S.A., Japan, Italy): • Si-Strip検出器とWのコンバーター • 16Tower x 36層 x 1536 = 9x105channels • γ線のidentification、到来方向の測定 • Siストリップを用いることで、高分解能を達成 GLAST衛星は2007年打ち上げ予定の宇宙γ線検出器である (Fig. a)。主検出器であるLAT (Large Area Telescope) の飛跡検出部には、日本の誇るSi検出器が用いられ(Fig.b)、出荷時で0.01%以下という極めて低いdead strip率を達成した。また暗電流、全空乏層化電圧なども良い値でそろっており、安定した製造がなされている(Fig. c, d)。 • ACD(U.S.A.): • セグメント化された89枚のプラスチックシンチレーター • 荷電粒子backgroundの除去 • セグメント化で高エネルギーでのself-vetoを減らす • GLAST =LAT+GBM • LAT: Large Area Telescope • 2007年打ち上げ予定 • 4X4=16 towers • 3000kg, 650 W, 1.8x1.8x1m3 • (30MeV-300GeV) • CAL(U.S.A., France, Sweden): • Hodoscopic arrayによる全1536本の CsI(Tl)シンチレーター。(各Tower 8層) • Showerの発達を追い、エネルギーを測定 • PDによる両側読み出しで位置の測定 EGRET/GLASTの95% エラーサークルの比較 (c) Cygnus Regionにおける巨大分子雲からのγ線放射 (f) (e) 広島大学と浜松ホトニクスで共同開発したSi-Strip検出器 暗電流の度数分布 全空乏化電圧の度数分布 (c) (d) (b) • ～65 V • = 9 kWcm (high resistivity) ～2.5 nA cm-２ (low noize) (d) 様々な工夫により、GLASTは1990年代に大活躍したEGRETをはるかに上回る性能をもち (Fig.a)、その感度は数10倍に達すると予想される (Fig. b)。これにより、検出されるγ線天体の数は飛躍的に増え (Fig. c,d)、γ線天文学は新時代を迎える。広いエネルギー帯と高い位置分解能を生かし、銀河系内の宇宙線や物質の分布を調べたり(Fig. e)、広い視野を生かしたトランジェント天体のモニタが行われる。X線、電波、可視光との比較で、天体の同定も可能となる(Fig.f)。 15cm これまでの開発試験: 開発スケジュール • Beam Test: 1997 and 1999 • LATの基本性能の確認。モンテカルロシミュレーションのvalidation • Balloon Flight: 2001/8 • 高い放射線環境下での動作確認。宇宙線事象(バックグラウンド)の取得 • Engineering Model: 2003/10~ • 宇宙線、バンデグラフを用いた、小型タワーの試験。フライトモデルに向け、試験方法、解析方法の確立 • Flight Model Integration and Test: 2005/1～ • Environmental testing: 2006/1～ • Delivery to Observatory Integration: 2006/5 • Launch: 2007 2001年気球実験 Balloon Flight Engineering Model (BFEM) (c) (b) (a) ビーム試験と対になる実験として、高い放射線環境下での動作確認のため2001年に気球実験を行った。この実験のため、日本からは広島大学、宇宙研が中心となり、検出器の一部および検出器シミュレーターの開発(Fig. a)、宇宙線フラックスモデルの開発(Fig. b)を行うとともに、実験とデータ解析に参加した。1kHzを超える高いカウントレート下で装置、DAQが動作することを確認するとともに(Fig. c)、バックグラウンドフラックスモデルとシミュレーターを用いて、得られたデータを10%内で再現することに成功した。(Fig.d: T. Mizuno et al. 2004, ApJ 614) (d) フライトモデルの試験： γ線事象の候補 MIPによるTOTの分布 最初のフライトTracker (Tracker A) • 本年1月より、フライトモデルの組み上げおよび試験がSLACにおいて始まっており(Fig. a)、宇宙線事象(主にmuon)やcharge injectionを用いて、装置の動作確認、スレッショルドやゲインの調整を行っている (Fig. b)。TrackerのHit効率(正常なstripの割合)は、初号機であるTracker Aで98.6%、Tracker Bにおいては99.6%という高い値を達成している (Fig. c)。またCalorimeterは、Trackerと組み合わせることで位置分解能の測定などを行っている(Fig. d)。この他、宇宙線との反応でできたγ線と思われる事象が多数捕えられている。(Fig.e) (e) (a) TKR Takuya Kawamoto　（広島大）Hiro Tajima (SLAC) (b) CALの各層での位置分解能 TOT ( fC単位で電荷量に変換) (d) Trackerの各planeでのHit Efficiency (Calorimeter team) (c) Tracker A: 平均98.62% Tracker B: 平均99.64% CAL Johann Cohen-Tanugi(SLAC) Micheal Kuss (Pisa)