光検出器とは

シンチレーターが発する光は非常に微弱で、肉眼ではまず見えません。 光検出器は、この微弱な光を検出可能な電気信号に増幅する素子です。

光検出器の種類

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光を電気信号に変換して増幅する方法には、大きく分けて真空管を使う方式と半導体を使う方式があります。

光電子増倍管（PMT）

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光電子増倍管（Photo Multiplier Tube; PMT）は、光を電気信号に変換して増幅する真空管です。

1. 光が入射すると、光電面から電子（光電子）が飛び出します（光電効果）
2. その電子が複数の電極（ダイノード）に次々とぶつかり、電子の数が雪崩式に増えます
3. 最終的に数百万倍に増幅された電流として取り出されます

高感度で歴史のある技術ですが、高電圧（数百〜数千V）が必要で、大きく壊れやすいという弱点があります。

半導体光検出器（SiPM／MPPC）

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SiPM（Silicon Photomultiplier）は、半導体を使ってPMTと同様の「1粒の光子を検出して増幅する」機能を実現した素子です。 無数の小さなフォトダイオードを並列に並べた構造で、光が当たった部分だけが反応し、その総和として信号強度が得られます。

浜松ホトニクス社が開発したMPPC（Multi-Pixel Photon Counter）はSiPMの代表的な製品です。 小型・低電圧・高感度という特長から、教育用途の検出器にも扱いやすい素子です。

PMTとSiPM／MPPCの比較

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近年は小型検出器を中心に、PMTからSiPM／MPPCへの置き換えが進んでいます。

宇宙線検出での役割

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シンチレーターで発生した微弱な光を光検出器で電気信号に変換することで、初めてミューオンの通過を数値データとして記録できます。 信号の強さ（波高）からは、粒子がシンチレーターに落としたエネルギーの目安も得られます。 OSECHIでも、浜松ホトニクス社製のMPPCを光検出器として使用しています。

波高とエネルギーの関係

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粒子がシンチレーター中を通過する距離が長いほど、また物質中で失うエネルギーが大きいほど、発生する光の量は多くなります。 そのため信号の波高（ピークの高さ）を調べることで、通過した粒子の種類やエネルギーを推定する手がかりが得られます。