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電子反同時発生は、高エネルギー物理学、実験粒子物理学、ガンマ線分光法、ガンマ線天文学、実験原子核物理学、および関連分野において、望ましくない「バックグラウンド」イベントを抑制するために広く使用されている方法(および関連するハードウェア) です。
典型的なケースでは、望ましい高エネルギー相互作用またはイベントが発生し、何らかの検出器によって検出され、関連する核電子機器で高速電子パルスが生成されます。しかし、望ましいイベントは、他の粒子またはプロセスによって生成された多数の他のイベントと混ざり合って、検出器で区別できないイベントを生成します。多くの場合、他の物理的な光子または粒子検出器を配置して、不要な背景イベントを傍受し、基本的に同時のパルスを生成して、高速電子機器で使用して不要な背景を排除することができます。
ガンマ線天文学
X 線およびガンマ線天文学の初期の実験者は、気球や探査ロケットに搭載された検出器が、高エネルギー光子および宇宙線荷電粒子イベントの大きなフラックスによって損傷を受けることを発見しました。特にガンマ線は、鉛などの重い遮蔽材で検出器を囲むことでコリメートできますが、近宇宙環境に存在する非常に透過性の高い高エネルギー放射線の高フラックスにより、適切な遮蔽質量では阻止できない二次粒子のシャワーが発生することがすぐに判明しました。この問題を解決するために、10 keV または 100 keVを超える検出器は 、望ましくないバックグラウンド イベントを排除するために使用できる別の検出器で作られたアクティブな反同時シールドで囲まれることがよくあります。[1]
1962年にケネス・ジョン・フロストが初めて提案した、このようなシステムの初期の例を図に示します。このシステムでは、CsI (Tl)のX線/ガンマ線検出器の周囲にアクティブなCsI(Tl)シンチレーションシールドが配置され、この2つは電子的に逆同時計数接続されており、不要な荷電粒子イベントを排除し、必要な角度のコリメーションを提供します。[2]
プラスチックシンチレータは荷電粒子を拒絶するためによく使用されますが、厚い CsI、ゲルマニウム酸ビスマス(BGO)、またはその他のアクティブ シールド材料は、宇宙起源ではないガンマ線イベントを検出して拒否するために使用されます。一般的な構成では、厚い CsI 反同時シールドでほぼ完全に囲まれたNaIシンチレータに、調査対象の宇宙源から必要なガンマ線が入るように 1 つまたは複数の穴が設けられます。前面全体にプラスチック シンチレータを使用することもできます。プラスチック シンチレータはガンマ線に対して適度に透過性があり、宇宙に存在する宇宙線陽子の高フラックスを効率的に拒絶します。
コンプトン抑制
ガンマ線分光法において、コンプトン抑制は、ガンマ線が検出器から散乱してコンプトンがエネルギーを放出する前に、入射ガンマ線によって破損したデータを除去することで信号を改善する技術である。その目的は、データ内のコンプトン効果（コンプトン連続体）に関連するバックグラウンドを最小限に抑えることである。 [3] [4]
ガンマ線分光法で使用される高純度固体ゲルマニウム (HPGe) 検出器は、通常、直径が数センチメートルで、厚さは数センチメートルから数ミリメートルの範囲です。このようなサイズの検出器では、ガンマ線は全エネルギーを放出する前に検出器の容積からコンプトン散乱する可能性があります。この場合、データ取得システムによるエネルギー読み取りは不十分になります。検出器は入射ガンマ線のエネルギーのほんの一部しか記録しません。[3]
これを打ち消すために、高価で小型の高解像度検出器は、より大きく安価な低解像度検出器、通常はシンチレータ（最も一般的なのは NaI と BGO）で囲まれています[4]。抑制検出器は厚いコリメータによって線源から遮蔽され、主検出器と反対方向に動作します。両方でガンマ線が検出された場合、そのガンマ線はエネルギーをすべて放出する前に主検出器から散乱しているはずなので、Ge の読み取り値は無視されます。抑制検出器でのガンマ線の相互作用断面積は主検出器よりも大きく、サイズも大きいため、ガンマ線が両方のデバイスから漏れ出す可能性はほとんどありません。[3]
原子核物理学と素粒子物理学
原子核物理学や高エネルギー粒子物理学の現代の実験では、ほぼ例外なく、高速反同時発生回路を使用して、不要なイベントを拒否します。[5] [6] 必要なイベントには通常、不要なバックグラウンドプロセスが伴い、必要な信号を検出して研究できるようにするには、数千から数十億に及ぶ膨大な係数で抑制する必要があります。この種の実験の極端な例は、大型ハドロン衝突型加速器で見ることができます。そこでは、巨大なアトラス検出器とCMS検出器が、探している非常にまれなイベントを分離するために、膨大な数の背景イベントを非常に高い割合で拒否する必要があります。
参照
参考文献
- ^ ローレンス・E・ピーターソン「X線天文学における計測技術」天文学と天体物理学年次レビュー13、423（1975）
- ^ [1] KJ Frost および ED Rothe、「低エネルギーガンマ線天文学実験用検出器」、第 8 回シンチレーションカウンターシンポジウム議事録、ワシントン DC、1962 年 3 月 1 ～ 3 日。IRE Trans. Nucl. Sci.、NS-9、第 3 号、pp. 381-385 (1962)
- ^ abc 「アプリケーションノート：コンプトン抑制分光法」（PDF）。scionix.nl 。 2024年1月8日閲覧。
- ^ ab ノール、グレン F.放射線検出および測定2000. John Wiley & Sons、Inc.
- ^ E. Segrè (編)。実験核物理学、全3巻。ニューヨーク：Wiley、1953-59年。
- ^ E.セグレ。原子核と粒子。ニューヨーク: WA ベンジャミン、1964 年 (第 2 版、1977 年)。
外部リンク
- コンプトン抑制