硬Ｘ線検出器（HXD）の開発

我々は気球実験を通して開発を行なってきた経験を基に、2000年に打ち上げ予定の日本の次期Ｘ線観測衛星ASTRO-Eに搭載される低バックグラウンド硬Ｘ線 γ線検出器（HXD）の開発を行なっている。 HXDは、10-500keVのエネルギー領域ででこれまでにない感度を目標としている。開発は、本物理学科の牧島研、宇宙研、理研、大阪大、明星電気、富士通、クリアパルスとともに進めており、特に牧島研とは全面的な共同作業を行なっている。 HXDはセンサー部、アナログエレキ（AE）およびデジタルエレキ（DE）で構成される。本年度は、FM品の製作、キャリブレーション、長期ランニング試験、HXDセンサー部の振動試験を行ない、さらにレスポンス構築実験を行なった。我々の研究室は、主にセンサーのシンチレータ部、AE/DE、構造設計、レスポンス構築を担当している。 [10]

シンチレータ部は、主検出部のGSOとActiveシールド用のBGOから構成され、シンチレータの光量試験と目視検査、蛍光を効率良く集めるための光反射材巻きつけ、100 $\mu m$ の精度での補強材接着、温度サイクル試験、など注意深い作業を通して製作を行ない、本年度中にWell検出器19本と Antiシールドカウンター24本を完成させた（図0.1.1）。 Well検出器の井戸に、GSOよりも低いエネルギー領域をカバーする2mm厚PINフォトダイオードを納め、これらをFMセンサーハウジングケースに組み込み、 FM-HXDセンサー部を1998年12月に組み立てた（図0.1.1）。これを宇宙研にて衛星搭載要求レベルで振動試験を行ない、問題のないことを確認し、長期ランニング試験に望んだ。 PINフォトダイオードがまだ完全ではなかったので、その後、センサー部を一度ばらした。 PINフォトダイオードは、素子自体は宇宙研が担当しているが、PINを納めるケースに⁴⁰K放射性同位体の混入が見られたため、本研究室では⁴⁰K混入ができるだけ少ないケース探しを担当した結果、 $\sim\times10^{-5}$ c/s/cm²/keVという目標通りの低バックグラウンドを実現した。そして1999年4月までに80個近いPINフォトダイオードが完成し、Well検出器に挿入された。

**Figure 0.1.1:** HXD-Sの個々の検出器３６本（上）とハウジングケースに納めた状態（下）
$\begin{figure} \begin{center} \leavevmode\epsfxsize=6cm \epsfbox{kamae_fig11.ep... ...cm} \leavevmode\epsfxsize=6cm \epsfbox{kamae_fig12.eps}\end{center}\end{figure}$

AEは、明星電気とともに開発を行なっている。昨年度までの仕様設計に基づいて、実際にFM-AEの製作および試験が行なわれた。本年度は特に、上空でのハイレート大信号に対して問題なく機能すること、スケーラーやゲート生成などが高カウントレートでも正しく動作すること、温度変化に対して強いこと、電気的干渉がないこと、などに注意して開発を行なった。 [1,2]

上空でのハイレート大信号を模擬するために、高エネルギー研究所および放射線医学総合研究所重粒子治療センターにて陽子および重粒子を、上空で予想されるレートでシンチレータに照射して、FMタイプの回路に信号を入力させて問題なく動作することを確かめるとともに、さらなる性能向上のための結果も得た。

1998年7月から11月にかけて宇宙科学研究所において、ASTRO-E衛星の電気的インターフェース試験が行なわれ、HXDもこれに参加した。ケーブル等が問題なく接続できること、コマンド・データが正しく通信されること、機器どうしの電気的干渉がないこと、などについて試験した。いくつか不具合が発生したが、噛み合わせ試験後に改修を行なって解決した。

HXDセンサー部は、36本のカウンターが独立に動作しながら、お互いに同時計測を行なうので、非常に複雑な動作を行なう。このため、全体の動作試験およびレスポンス構築を行なう前に、カウンター単体で動作およびレスポンス試験を行なう必要がある。我々は、FMセンサーとほぼ同等のものを１本用意し、それを用いて熱真空試験、振動試験、バックグラウンド測定、およびレスポンス構築実験を行なって基礎データを取得した後に、HXD-S全体試験に望んだ。

1998年12月から1999年1月にかけて、FMセンサー（PINは完全ではない）とFM-AEを用いて、宇宙科学研究所において、上空での温度を模擬しながら、キャルブレーションおよび長期ライニング試験を行なった。シンチレータで期待される $2\times10^{-5}$ c/s/cm²/keVの低バックグラウンドレベルが達成できていること、イベント処理回路が正しく動作することを確認し、レスポンス構築に必要なデータを取得したほか、今まで見得なかった不具合も現れたので、試験後にそれを解決する改修を行なった。

HXDがカバーするエネルギー領域では、光電吸収だけでなくコンプトン散乱も大きく寄与するために、単純な計算だけでは検出器の動作を完全に理解できない。このため、EGS4を用いたモンテカルロシミュレーションを行なうことで、レスポンス構築、および上空での放射化によるバックグラウンドの予想を行なう。本年度は、今まで構築してきたシミュレーションシステムをより実機に合わせるために、実際にFMセンサーを用いて取得したデータとシミュレーションを比較しながら、シミュレーションシステムの開発を進めた。 [8,13]