超高速ガンマ線核分光装置の開発

超高計数率用の精密γ線核分光用検出器システムを開発した。ゲルマニウム(Ge)検出器を囲むコンプトン抑止カウンターについて、発光量の多い特殊なトーピングをしたPWO結晶を冷却して発光量と波形を調べたところ、-20度での発光量は室温の4倍(100keVあたり4photoelectorons)であり、信号幅は遅くなるものの100ns以内であることが判明した。この結果を元にsimulationを行ったところ、冷却したPWOカウンターがコンプトン抑止カウンターとして十分よい性能が得られることが判明した。さらに試作機を製作して冷却方式を検討し、-30度の冷却液を循環させる方式で結晶を-20度に冷却できる方式を開発した。また、低ゲインのtransistor reset型プリアンプを内臓したGe検出器に、通常のshaping ampをつないでその出力をwave form digitizerで記録した波形データを用いて、baselineの補正やpileupの分離を行う波形解析プログラムの開発を行った。東北大核理研の電子ビームの高計数率ものとで^<60>Coガンマ線の波形データを記録し、波形解析プログラムの性能をテストした。その結果、エネルギー分解能と検出効率が改善することが確かめられた。さらなるプログラム改良を進めている。以上から、J-PARCでのハイパー核ガンマ線分光などの極めて高い計数率でのガンマ線測定実験が、今回開発したシステムによって可能であることがわかった。この成果はJ-PARC用のガンマ線分光装置Hyperball-Jに応用される。

超高計数率用の精密γ線核分光用検出器システムを開発した。ゲルマニウム(Ge)検出器を囲むコンプトン抑止カウンターについて、発光量の多い特殊なトーピングをしたPWO結晶を冷却して発光量と波形を調べたところ、-20度での発光量は室温の4倍(100keVあたり4photoelectorons)であり、信号幅は遅くなるものの100ns以内であることが判明した。この結果を元にsimulationを行ったところ、冷却したPWOカウンターがコンプトン抑止カウンターとして十分よい性能が得られることが判明した。さらに試作機を製作して冷却方式を検討し、-30度の冷却液を循環させる方式で結晶を-20度に冷却できる方式を開発した。また、低ゲインのtransistor reset型プリアンプを内臓したGe検出器に、通常のshaping ampをつないでその出力をwave form digitizerで記録した波形データを用いて、baselineの補正やpileupの分離を行う波形解析プログラムの開発を行った。東北大核理研の電子ビームの高計数率ものとで^<60>Coガンマ線の波形データを記録し、波形解析プログラムの性能をテストした。その結果、エネルギー分解能と検出効率が改善することが確かめられた。さらなるプログラム改良を進めている。以上から、J-PARCでのハイパー核ガンマ線分光などの極めて高い計数率でのガンマ線測定実験が、今回開発したシステムによって可能であることがわかった。この成果はJ-PARC用のガンマ線分光装置Hyperball-Jに応用される。