GEMを使ったTPCの開発 新井聡，池松克昌，宇野彰二，加藤幸弘，木島智広， 黒岩洋敏，小林誠，佐貫智行，杉山晃，高橋徹，土井昌宏， 中村圭一，仁藤修，藤井恵介，松田武，宮崎敦宏， 山口敦史，山口満弘、山村大樹、渡部隆史，マーカス、ロン, ジュン、ローズ 佐賀大、KEK、筑波大、農工大、工学院、東大、近畿大、 広島大、ミンダナオ、DESY、MPI GLC-CDC group 登壇者 坂元 宣友 （佐賀大学） Introduction ILCの大型測定器では、飛跡検出器としてTPCを検討している。 TPCサイズ： 外径 ～２m 長さ ４ｍ超 必要な位置分解能 １５０μm（ｒφ方向） センサー部分はMPGD（Micro Pattern Gas Detector）を検討 MPGDの利点（MWPCとの比較） ･ チャージの広がりが少ない ･ E×Bの効果が少ない 既存の方法であるMWPCでの究極の性能の試験はプロトタイプのチェンバー （MPI）でおこなわれた。（前のセッションで報告ずみ） 同じ条件でセンサー部分をMPGDへ交換し、比較試験をおこなう。 Beam test setup • ＫＥＫのπ２ビームラインにて実験 （MWPC/TPCテストのビーム下流にチェンバーをセットしてデータ収集） • チェンバーのすぐ後ろにトリガーカウンターを設置 • 磁場がないときのみの測定 • ガスはP-10を使用 チェンバー設置点 使用したチェンバー GEMとは 拡大概略図 10x10cm2 (cern GEM) 円錐形の穴はケミカルエッチングによるもの。 両端の電極間に電位差を与えることにより、穴 の中に高電場をつくり、ガス増幅を起こさせて いる。 チェンバー内セットアップ 天板 • GEM間の距離 ドリフト領域 GEM 間の電場は約 2kV/cm • GEM1と読み出しパッド間の電場 は、約 3kV/cm 23.5mm 1.5mm 1.5mm • GEMは1枚ごとに独立に電圧を制御す ることが可能 GEMの両電極間の電位差をVGEM GEM３ GEM２ GEM１ 10MΩ HV 1.0mm 読み出しパッド GEM 10MΩ VGEM GND 10 or 30 or 50 MΩ 読み出しパッド MPI/TPCで使用しているパッドと同じ 0.3mm 2mm 6mm 0.3mm この方向の列をレイヤーとする 全１６レイヤー中、６レイヤー 読み出し。 エレキの関係上 各レイヤー、中心の４パッドの み読み出し で囲った 部分。 読み出しエレキ BelleCDCのpreAMP：300mV/pc postAMP：10倍 トリプルGEMの動作確認 X線（55Fe 5.9keV）を使用して動作確認 立ち上がり時間：～２０nsec Gain vs. HV 10000 100nsec 1000 AMPのサチュレー ションのため 100 55Fe 5.9keV X線のシグナル 280 300 320 340 360 VGEM (V) ヒットポジションの決め方 • 各レイヤーのヒット点の決め方 下記の式で得られる、パッドのADCの重心（C.O.G.）により求める。 （ ΣADC i･Y i C.O.G.＝ ADC i : 各パッドのADC Y i : 各パッドの中心位置 ΣADC i ） ADC （例） １つのレイヤーで、下図のようにパッドのADCが測定されたとき、 上記の式から、 １×０＋２×１＋３×３＋４×１ 3 2 1 C.O.G.＝ ＝ ３ 1 パッド 2 3 4 ０＋１＋３＋１ となる。 C.O.G. このような感じで、各レイヤーのヒット点を決めた。 tracking event数 ヒット位置分布 左図は、１つのレイヤーのC.O.G.分布。 滑らかなビームの広がり ＋ 心に鋭いピーク pad パッドの中 C.O.G. (mm) • tracking ６レイヤー中５レイヤーのC.O.G.をヒット点として、 最小二乗法で直線フィットした。 （分解能の評価の対象となるレイヤーを除く） 式は Y (x) = ax+b (x軸はビーム軸と同じ) とする。 residual（垂直入射）＃1 • ビームの軸に平行になるようチェンバーをセット residual -> C.O.G.－Ytrack σ=190μｍ residual event数 position -> C.O.G.（trackingに使用しなかったレイヤーのも の） パッドの中心座標 residual Ytrack パッドの中心にtrackが偏っているように見える residual（垂直入射）＃2 Ｙtrackを1次元分布でみると、やはりパッドの中心 にtrackが集中している。 垂直入射の際、全レイヤーでシングルヒットにな るtrackが多い。 Ytrack beam パッドの中心付近を通るtrackは、各レイヤーでシン グルヒットになり、trackをパッドの中心に寄せてしまう。 ヒットがあったら ⇒ こっちもヒット 垂直入射では系統的な振る舞いにより正確なtrackingはできない！！ residual（斜め入射） Ｙtrackの1次元分布 σ=240μｍ residual • ビームの軸に少し傾けてチェンバーをセット（ ～２°） パッドの中心座標 Ytrack residual Ytrack 垂直入射の時のような偏った trackはない。 Tracking errorを考慮すると位置分解能は210μm response fun. チャージの割合 ADC response fun. ビーム track Ｘtrack 3 2 1 0 1 2 3 4 Ｘpad－Ｘtrack Ｘpad－Ｘtrack パッド Ｘpad : 各パッドの中心 Ｘtrack : trackingで求めた関数からの値 左図より、パッドの中心付近のtrackでは、 パッド1つに電子の広がりが収まっている ことがわかる。 電子のひろがり 電子の広がり分布 １ヒットの割合：約20％ これより 広がりは約960μｍと想定できる。 threshold：ヒットを定義 するもの 0 （パッドの大きさ：2mm） 960μm 2000 σ（μｍ） (event数) 中心がもっともpulse heightが高くなる 1000 800 600 １000 400 約450μm 200 0 1 2 3 4 (ヒットのあったパッドの枚数) 0 0 0 .2 0 .4 0 .6 Threshold / peak pulse height TPCへの適用#1 MPI/TPC 最大ドリフト長27cm MWPC ⇒ トリプルGEMに取り替える TPCへの適用#2 ガス（Ar：CH4：CO2⇔９３：５：２） TPCでの電子の広がり σ＝√σ２＋CD ･Ｚ２ CD ～500μｍ/ √cm (B=0T) ０ ～200μｍ/ √cm (B=1T)beam/cr test （σ０：GEMによるひろがり） ～100μｍ/ √cm (B=3T)ILC σ（μm） 電子の分布は複数パッドにまたがってほしい（位置分解能） 基準 ： FWHM＝パッド幅（既存２ｍｍ） 3000 B=0T σ ～８５０μm 2000 B=１T 1000 B=1Tでは２ｍｍ幅パッドは厳しい!? B=３T 0 0 10 20 30 ドリフト長（cm） １ｍｍ幅パッドの場合では まとめ • 今回の測定ではtrackingの評価は１つのパッドに電荷のひろがり が収まるようなポジションがあり、難しい。 • 磁場中でのTPCへのinstallは今のままでのパッドのサイズでは 満足のいく評価ができない可能性がある。 パッドのサイズを１ｍｍへ パッドの配列をレンガ状にして系統的な振る舞いの抑制 ← 今回はcern製のGEMを使用しての試験だったが、 CNS（東京大学） ＆ 渕上ミクロ株式 会社が製作されたGEMについても発展させて試験を行ってく予定である。
© Copyright 2024 ExpyDoc
