GEANT4 모의실험을 이용한 20 ~ 400 keV 대역의 대전입자 검출기 기하학적 계수 계산 및 분석
The Medium Energy Particle Detector (MEPD) aboard the NEXT generation
small Satellite-1 (NEXTSat-1) is developed to observe the geomagnetic storms. The two
identical telescopes are orthogonally placed on the spacecraft for detecting particles
having pitch angles of 0° and 90°. The electric field generated by the electrostatic
deflector allows separate detection of electrons, protons and neutrals by deflecting the
trajectories of the charged particles. The silicon detector and subsequent electronics
provides detection ranges of 20 keV to 225 keV for electrons and 20 keV to 400 keV
for protons and neutrals.
In this study, the response of the MEPD regarding electrons and protons in the range
of 20 keV to 10 MeV and 20 keV to 500 MeV, respectively, is obtained by applying
GEANT4 simulation. Total 1.3×109 electrons and 1.3×109 protons are produced and
injected from the surface of a hypothetical sphere surrounding the entire instrument.
Deposited energies onto the detector in accordance with the incident kinetic energies are
obtained as a result of the simulation. The response function expressed with a matrix of
100 × 100 integrates the response of each energy bins. This study demonstrates the
response of the detector pixels of the MEPD with respect to the electrons and the
protons, respectively. The probability of the counts in the detector pixels for the
incident particles is determined from the response function. It is expected that the
response function will contribute to understand the observations from the MEPD and to
convert the observations into the fluxes.
차세대 소형위성 1호 (NEXT generation small Satellite-1)에 탑재되는 두 개의 Medium Energy Particle Detector (MEPD)는 지자기 폭풍을 관측하기 위한 목적으로 개발되었으며, Pitch angle 0˚와 90˚의 입자들을 검출하기 위해 수직으로 배치되어 있다. MEPD의 실리콘 검출기는 4개의 픽셀로 이루어져 있으며, 정전편향기 (Electrostatic Deflector)에서 전기장을 인가하여 20 ~ 225 keV 에너지 대역의 전자와 20 ~ 400 keV 에너지 대역의 양성자와 중성입자를 서로 다른 픽셀에 맺히게 하여 분리 검출할 수 있도록 설계되었다.
본 연구에서는 GEANT4를 이용하여 MEPD에 대한 20 keV ~ 10 MeV 에너지 대역의 전자와 20 keV ~ 500 MeV 에너지 대역의 양성자의 전방위 모의실험을 수행하였다. 모의실험에서는 총 1.3×109개의 전자와 1.3×109개의 양성자를 가상의 전구로부터 입사하였으며, 모의실험 결과로 검출된 전자들과 양성자들의 검출 에너지 정보와 입사 에너지 정보를 얻었다. 반응함수 (response function)는 입사 에너지에 대한 검출 에너지의 각 의 반응을 말하며, MEPD에 대한 전자와 양성자의 입사 에너지 대역별 검출 에너지 대역의 기하학적 계수를 보기 위하여 각 픽셀을 가로축과 세로축이 100×100인 행렬 (Matrix)로 반응함수를 표현하였다. 본 연구를 통해 전방위에서 입사하는 전자와 양성자에 대한 MEPD의 반응을 볼 수 있으며, 각 픽셀에서 전자와 양성자의 입사 에너지 대역별 검출 에너지 대역의 기하학적 계수를 볼 수 있다. 따라서 본 연구의 결과를 바탕으로 MEPD 데이터의 정보를 분석하고 해당 데이터를 전자와 양성자의 플럭스로 변환하는 데에 기초 자료로 쓸 수 있을 것으로 기대된다.
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