AGATA（ガンマ線検出器）

AGATA （Advanced GAmma Tracking Array）は、新しいγ線追跡コンセプトに基づいたγ線分光法用の高純度ゲルマニウム（HPGe） 半導体検出器アレイです。 ^[1]個々のHPGe結晶の高度なセグメンテーションと洗練されたパルス形状分析アルゴリズムにより優れた位置分解能を提供し、コンプトン抑制シールドを排除してγ線がHPGe結晶から別の結晶に散乱する際に分光計を通過する経路を追跡することにより、高い検出効率とピーク対合計比を実現します。AGATAは、ヨーロッパ13か国の40の研究機関を含む共同体によって構築および運用されています。^[2] AGATAの構築に関する最初の覚書は、参加機関によって2003年に署名されました。 2021年に署名された最新の覚書では、2030年までにアレイを3π構成に拡張することが見込まれています。長年にわたり、AGATAは着実に成長しており、GANIL（2014〜2021年）、GSIヘルムホルツ重イオン研究センター（2012〜2014年）、レグナロ国立研究所（2010〜2011年）でのキャンペーンを経て、現在はレグナロ国立研究所で1π構成で運用されています。 ^[3] AGATAは、磁気分光計、高速タイミング検出器、 荷電粒子または中性子検出器などの補助検出器と結合できます。

AGATA 検出器は、カプセル化され電気的にセグメント化されたn 型 高純度 Ge 結晶に基づいています。これらは 36 分割されており、方位角方向に 6 分割、縦方向に 6 分割されています。各検出器は長さ 9 cm、背面は円形、直径 8 cm、前面は六角形です。共通の内部電極と 36 セグメントは、個別のプリアンプを介して読み出されます。検出器の形状は 3 種類あり、AGATA 結晶を 3 重クライオスタットにしっかりと詰め込むことができます。

検出器のパラメータは以下の通りである: ^[1]

• 最大シリンダーサイズ: 長さ 90.0 mm、半径 40.0 mm。
• 同軸穴サイズ: 直径 10.0 mm、前面から 13.0 mm まで延長。
• パッシベーション層: 検出器の背面で 1.0 mm、同軸穴の周囲で 0.6 mm。
• カプセル化: 厚さ0.8 mm、結晶缶間距離4.0 mm
• クライオスタット: 厚さ 1.0 mm、カプセルとクライオスタットの距離は 2.0 mm。

ガンマ線は主にコンプトン効果、光電効果、対生成を介して検出器の材料と相互作用し 、そのエネルギーを電子または陽電子に伝達します。次に、検出器の電極にイメージ電荷を誘導する電荷キャリア（電子と正孔）の雲を生成します。電荷キャリアが電極に向かってドリフトすると、イメージ電荷の変化によって電極に出入りする電流が発生します。電極上の誘導電荷の変化は、一次電荷が目的の電極に到達してイメージを中和するまで続きます。

マルチセグメント検出器の場合、誘導電荷は複数の電極に分散されます。パルス形状解析を使用してこれらの信号を分析することにより、セグメントサイズよりも高い精度で γ 線相互作用が発生したポイントを特定できます。

検出器内でのガンマ線の相互作用位置は、デジタルパルス形状解析によって決定されます。増幅された検出器信号は、100Ms/sの速度で14ビットの解像度でデジタル化されます。その後、計算されたパルス形状のデータベースと比較され、相互作用点ごとにエネルギーの蓄積、その時間、相互作用点の3つの空間座標が得られます。^[4]

セグメント化されたHPGe検出器におけるγ線の相互作用点を決定するには、相互作用が起こったセグメントに対応する電荷収集電極に誘導される信号の形状と、隣接するセグメントで測定された過渡信号の形状を分析する。電荷収集電極に誘導される信号の立ち上がり時間を分析することで、相互作用点の半径座標を決定することができる。隣接するセグメントの電極に現れるミラー電荷は、相互作用点の縦座標と方位座標に敏感である。^[4]

AGATAのパルス形状解析技術の実装では、測定されたパルス形状が、各タイプのAGATA HPGe結晶の細かい（2 mm）グリッドで計算された信号のデータベースとリアルタイムで比較されます^[1]。計算は、厳密にコリメートされたγ線源を使用して測定されたパルスとの比較によって検証されています。^{[1]これらの計算に使用されるMGSコード（マルチジオメトリシミュレーション[5]} ）の動作原理を図に示します。Ge結晶の結晶軸方向に対する異方性キャリアドリフト速度などの効果が考慮されます。

追跡アルゴリズムをパルス形状解析の情報（相互作用点の位置、各点で蓄積されたエネルギー、および信号のタイミング）に適用して、結晶間での散乱の可能性を含め、AGATA 分光計を通過する各ガンマ線の経路を再構築することができます。このタスクに使用されるアルゴリズムには 2 つのカテゴリがあります。既知のソース位置から開始し、検出器で相互作用する光子の軌跡を再構築するフォワード トラッキング アルゴリズムと、分光計のボリューム内での最後の相互作用の可能性のあるポイントから開始し、ソースまで逆方向に軌跡を再構築するバック トラッキング アルゴリズムです。^[6]フォワード トラッキング アルゴリズムの方が効率的であることが示されており、そのため AGATA データ取得ソフトウェアに実装されています。

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