新しい高解像度ガンマ線撮像方式の確立―将来の月惑星科学フロンティアを目指して―

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固体惑星探査において天体表面の元素分析に用いる従来のガンマ線検出器のセンサ部分はモノリシックであり、単にガンマ線のエネルギーを受け止める機能しかない。このセンサ部分を多素子化し、センサ内のガンマ線の散乱過程の情報を得ることでガンマ線検出器の性能向上を目指す。粒子輸送計算コードを用いて、LaBr3シンチレータ(約220cc)を(a)モノリシックで使用した場合と(b)半分の体積のシンチレータを1cmの間隔をあけ2つ並べ独立にデータを読み出した場合(約110cc×2)とでその性能の違いを計算した。センサの有効断面積はカリウムの1461keVに対し、前者が12cm^2、後者が8.8cm^2となり分割することによる有効断面積の減少は約30%であった。また、分割した2つのシンチレータをアナログ信号上で和をとると9.4cm^2となり、その劣化が抑えられる。分割すると反同時計数が行なえる利点があるが、計算では分割したシンチレータ同士の間隔が広すぎたため反同時計数によるバックグランド減少は少なかった。今回の計算では容易に実現可能なセンサ形状を前提にしたが、センサを分割して機能を付加する際にはそれぞれの素子を出来るだけ近接させれば反同時計数が有効になるといえる。また、以上の検討から自己遮蔽によるガンマ線到来方向の高精度化の着想を得た。ガンマ線入射方向に対して1つめの素子が2つめの影になる場合は遮蔽が起こることでセンサに異方性が生じ、この自己遮蔽を活用することで空間分解能の向上が望める。また、高解像度コンプトン型検出器の散乱部の総容積の検討では、Th,Uの239keVの検出を目標とすると有効体積内でコンプトン散乱を1回する確率30%を目標とすると、プラスチックシンチレータでは5cm角の立方体が必要であり、またLaBr3で1インチ厚の吸収部を併せることでコンプトン型検出器が構成できる。従来のガンマ線検出器を多素子化することで空間分解能の向上や反同時計数によるバックグランド低下の恩恵がある。