今までの世界記録： 12.7 % (@59.5 keV)
→ 我々の 新記録： 9.4 %
APDで得られた、122 keV（左） と 59.5 keV（右）のγ線スペクトル。
青で示したのは、従来のフォトダイオードを用いた場合のスペクトル。
(2) APDと大型シンチレータを組合せて、コンパクトγ線カメラを製作しました。
今回はプロトモデルとして 5x5cmサイズのシンチレータの後ろに APD(5mm角)
4つを配置し、それぞれのAPDから出る信号の大きさからγ線の入射位置を求めました。
非常に簡略化された検出器にも拘らず、約 5mm の精度で画像を再生することに
成功しました。これを応用し、KEK-PF の放射光施設で偏光X線の撮像にも
成功しましたので、以下に示します。将来的には、(3) で開発しているAPD array と
組合せて、約 1mm の精度をもつγ線カメラを製作していくつもりで、すでに
開発に着手しています。これらの結果は 片岡 et al. 2004, SPIE
並びに 2005 NIM-A に掲載されています。
APD 4chを用いたγ線カメラの位置分解能(左)と、撮像イメージ(右)。
APDγ線カメラを用いた偏光撮像。(上)撮像の原理、(下)取得した画像
(3) 従来にない、新しいAPD素子の開発を行いました。
我々は、浜松ホトニクス社と共同で様々なAPD素子の開発を進めています。
たとえば、従来市販されている APDの 4倍以上の面積を持つ 1cm角APDを開発し、
PMT との性能比較を行いました。APDはPMT よりも量子効率が圧到的に高いため、
2.5cm 直径のPMTと 1cm 角APDがほぼ等価な集光力をもちます。いかにAPD
が小さく、コンパクトな検出器かお別りいただけると思います。さらに、1素子が
2mm角の APD を 4x8 個並べた "APD array" や透過型X線検出用APD、NeXT塔載用
APD など、あらゆるAPD素子の開発に着手しております。これらの試験結果は、
五十川 et al. 2004, NIM-A, 片岡 et al. 2005, NIM-A などに掲載されます。
(左)1cmAPDとPMTの大きさ比較 (中)32ch APD array (右)透過型X線検出用APD
(4) APDの放射線耐性を調べ、宇宙利用が可能であることを実証しました。
APD は新しい半導体検出器であるため、その放射線耐性は殆ど調べられていませんでした。通常のシリコン検出器では、強い放射線を浴びることによって素子内部の構造が
ダメージを受け、暗電流などが増加することが知られています。さらに、APD の場合は
内部増幅機能をもちますから、場合によっては降伏電圧 (break-down)が下がり、
素子としての利用が難しくなるかもしれません。我々は、阪大 RCNP の AVF
サイクロトロンをお借りして、CUTE1.7 が 数年間に浴びるのと同量の陽子線を
照射しました。結果、暗電流は他のシリコン素子同様に増加しますが、増幅率の
変動は殆どおこらず、APDが宇宙利用に十分耐える素子であることがわかりました。
CUTE1.7軌道で予想される陽子線量を照射した場合の(左)APDの増幅率変化と
(右)スペクトルの変化
(5) APDのゲイン自動制御に成功しました。
APDの唯一の欠点と言えるのが、「増幅率（ゲイン）の温度依存」です。通常、PMT では
温度によってゲインが 0.3%/deg 程度の変化率ですが、APD の場合は 3%/deg
程度も変化します。恒温槽など、温度が一定の環境では問題ないのですが、
たとえば90分おきに気温が20度も変る小型衛星の軌道上では、同じ電圧をかけていても
スペクトルが大きく歪むことになります。これを防ぐため、我々はリアルタイムで
APDの印加電圧を温度の関数として調節し、自動的にゲインを一定に制御する
フィーードバック機構を開発しました。APD に対する、このような active な制御は
世界的に見ても初めての成果です。例えば 東工大衛星 CUTE1.7 を想定した軌道
で温度制御を行った場合のスペクトルを以下に示します。温度は -20 度から 0度まで
激しく変化しているにもかかわらず、増幅率は温度一定の場合と同程度に制御
されていることが分かります。この結果は、 五十川 et al. 2005,
NIM-A(投稿準備中)に掲載されます。
(左)CUTE1.7軌道で予想される温度変化 (右)増幅率の自己制御で得られたスペクトル
APDで得られた、122 keV（左） と 59.5 keV（右）のγ線スペクトル。 青で示したのは、従来のフォトダイオードを用いた場合のスペクトル。
APD 4chを用いたγ線カメラの位置分解能(左)と、撮像イメージ(右)。
APDγ線カメラを用いた偏光撮像。(上)撮像の原理、(下)取得した画像
(3) 従来にない、新しいAPD素子の開発を行いました。 我々は、浜松ホトニクス社と共同で様々なAPD素子の開発を進めています。 たとえば、従来市販されている APDの 4倍以上の面積を持つ 1cm角APDを開発し、 PMT との性能比較を行いました。APDはPMT よりも量子効率が圧到的に高いため、 2.5cm 直径のPMTと 1cm 角APDがほぼ等価な集光力をもちます。いかにAPD が小さく、コンパクトな検出器かお別りいただけると思います。さらに、1素子が 2mm角の APD を 4x8 個並べた "APD array" や透過型X線検出用APD、NeXT塔載用 APD など、あらゆるAPD素子の開発に着手しております。これらの試験結果は、 五十川 et al. 2004, NIM-A, 片岡 et al. 2005, NIM-A などに掲載されます。
(左)1cmAPDとPMTの大きさ比較 (中)32ch APD array (右)透過型X線検出用APD
(4) APDの放射線耐性を調べ、宇宙利用が可能であることを実証しました。 APD は新しい半導体検出器であるため、その放射線耐性は殆ど調べられていませんでした。通常のシリコン検出器では、強い放射線を浴びることによって素子内部の構造が ダメージを受け、暗電流などが増加することが知られています。さらに、APD の場合は 内部増幅機能をもちますから、場合によっては降伏電圧 (break-down)が下がり、 素子としての利用が難しくなるかもしれません。我々は、阪大 RCNP の AVF サイクロトロンをお借りして、CUTE1.7 が 数年間に浴びるのと同量の陽子線を 照射しました。結果、暗電流は他のシリコン素子同様に増加しますが、増幅率の 変動は殆どおこらず、APDが宇宙利用に十分耐える素子であることがわかりました。
CUTE1.7軌道で予想される陽子線量を照射した場合の(左)APDの増幅率変化と (右)スペクトルの変化
(5) APDのゲイン自動制御に成功しました。 APDの唯一の欠点と言えるのが、「増幅率（ゲイン）の温度依存」です。通常、PMT では 温度によってゲインが 0.3%/deg 程度の変化率ですが、APD の場合は 3%/deg 程度も変化します。恒温槽など、温度が一定の環境では問題ないのですが、 たとえば90分おきに気温が20度も変る小型衛星の軌道上では、同じ電圧をかけていても スペクトルが大きく歪むことになります。これを防ぐため、我々はリアルタイムで APDの印加電圧を温度の関数として調節し、自動的にゲインを一定に制御する フィーードバック機構を開発しました。APD に対する、このような active な制御は 世界的に見ても初めての成果です。例えば 東工大衛星 CUTE1.7 を想定した軌道 で温度制御を行った場合のスペクトルを以下に示します。温度は -20 度から 0度まで 激しく変化しているにもかかわらず、増幅率は温度一定の場合と同程度に制御 されていることが分かります。この結果は、 五十川 et al. 2005, NIM-A(投稿準備中)に掲載されます。