Development of a large-solid-angle and multi-device detection system for elemental analysis

元素分析用大立体角多素子検出器の開発

佐藤 隆博; 石井 慶造*; 神谷 富裕; 酒井 卓郎; 及川 将一*; 荒川 和夫; 松山 成男*; 山崎 浩道*

Sato, Takahiro; Ishii, Keizo*; Kamiya, Tomihiro; Sakai, Takuro; Oikawa, Masakazu*; Arakawa, Kazuo; Matsuyama, Shigeo*; Yamazaki, Hiromichi*

数keVの低いエネルギーのX線と数MeVの後方散乱陽子の両方の検出が可能な検出システムを開発した。この新しい検出システムは大立体角多素子検出器、アクティブリセット式前置増幅器、主増幅器、マルチプレクサルータ、ADC、データ収集コントローラで構成されている。従来のマイクロPIXE分析では検出器の立体角が小さいために数時間を必要としたが、本研究では検出素子を複数化することで検出効率を向上させた。多数の検出素子を五角形のピラミッド状に配置し、試料を覆う構造になっている。マイクロビームは検出器の中央に設けられたパイプを通って試料に照射される。五角形のピラミッドの各面に9個の検出素子があり、検出器全体の立体角は1sterad以上を達成した。この新しい測定システムを用いるとマイクロPIXEの測定時間は従来の10分の1となる。また、多素子化したことで素子あたりの後方散乱陽子の検出数が少なくなるために、従来用いていた後方散乱陽子ストッパーが不要になる。これにより、通常のマイクロPIXE分析では測定が困難であったN, C, Oの分布の分析が後方散乱陽子を検出することで可能となった。

A new detection apparatus for both low energy X-rays and back-scattered protons of MeV energy and its measurement system were developed. The detection apparatus consists of a multi-element detector, pre-amplifiers with active reset system and so on. The detector elements are arranged in the shape of a pentagonal pyramid and fully cover the sample. On each one detection side, 9 detector elements are arranged. The entire detection system consists thus of 45 detector elements. The micro-beam irradiates the sample through the center of the pentagonal pyramid and X-rays emitted from the sample are detected in close to geometry. This novel detection setup has about 10 times the sensitivity of a conventional Micro-PIXE camera. The counting rate of back-scattered protons per detection element is small despite lack of a passive absorber. It appears possible that X-rays from the very small quantity of elements could also be detected. The advantage over a conventional Micro-PIXE camera includes simultaneous detection of back-scattered protons from N, C and O.