TASC最上層の閾値

CALETにおける粒子種別に応じたトリガー方式の開発
早大理工研1、芝工大シス工2、神奈川大工3
赤池陽水1、笠原克昌1、鳥居祥二1、
小澤俊介1、吉田健二2、田村忠久3、
他CALETチーム
~日本物理学会第65回年次大会@岡山大学 2010年3月22日~ 22pBW-6
発表概要
トリガー
CALETの観測対象
電子： 1GeV ～ 10TeV
暗黒物質、加速源、加速機構、銀河伝搬機構
太陽磁気圏
 High Energy Shower Trigger
10GeV以上の各粒子を同時に観測
 Low Energy Shower Trigger
ガンマ線： 10GeV～10TeV
暗黒物質、γ線点源（SNR, Pulsar, AGN…etc）
銀河内外拡散成分、γ線バースト
陽子･原子核：数10GeV ～ 1000TeV
加速起源、銀河内伝播モデル、KNEEの起源
高緯度領域(Cut-Off Rigidity < 2GV)で
電子(>1GeV)の観測
 Single Trigger
Calibration用
CALETは、多種の粒子を同時に観測する
観測対象の各粒子に応じたトリガー方式の最適化
･検出効率
･トリガーレート
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トリガーシステム
トリガーは、各トリガー用検出器からのシグナルの論理和により構成
トリガー用検出器
① TASCの最上層のシグナルの和
シャワートリガーとして利用
エネルギー閾値の決定
② SciFi各層のシグナルの和
SciFiベルト：全8層ｘ２(X,Y)
2層ずつのシグナルの和をトリガーに利用
４ｘ２(X,Y) 個のトリガーシグナル
148
39
525
ROC
SIA electronics
SIA
IMC-FEC
32
32
95
IMC
156.5
MAPMT
TASC -FEC
64chMA-PMT：14 x 4層 x 2(X,Y)、全112個
SciFi:32本 x 2層のシグナル和
PD
TASC
SciFi
240
20
100
320
64ch MA-PMT
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シミュレーションと幾何条件
シミュレーション計算から最適なトリガー方式を検討
シミュレーション
 検出器シミュレーション・・・ EPICS
シャワー軸の幾何条件
 核相互作用モデル・・・・・・ DPMJET3
幾何条件
 シャワー軸が以下の領域を通過
･ IMC最上層
･ TASC最上層 (PWO1本内側)
･ TASC最下層(PWO1本内側)
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TASC最上層の閾値
電子のエネルギーより閾値を決定
TASC最上層のエネルギー損失
TASC最上層のシグナル和の閾値：
95%
52MIP (電子10GeVを95％取得)
検出効率
電子
10GeV
陽子
10GeV
陽子
30GeV
95%
3.7%
15%
電子の検出効率
 衝突しない素通りの陽子イベントを除去
(IMC：3X0, 0.11λ)
 閾値以上の検出効率は一定
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SciFiにおけるトリガー
ガンマ線の検出効率を考慮
上6層以内で対生成した10GeVγ線に
おけるSciFi7,８層目のエネルギー分布
① TASC最上層の閾値
電子(>10GeV)と同じ
② SciFi7,8層目の和のみ利用
IMCの上部6層内で最初の
対生成を起こす確率が8割
最初の対生成の割合
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15MIP
98%
ガンマ線の検出効率
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陽子･原子核成分
電子･γ線と同じトリガー方式を利用
トリガー効率
トリガー条件
① TASC最上層 >52MIP
② SciFi7,8層 > 15MIP
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陽子･原子核成分
電子･γ線と同じトリガー方式を利用
トリガー効率
トリガー条件
① TASC最上層 >52MIP
② SciFi7,8層 > 15MIP
シングルイベント
シングルイベント
電荷の大きい粒子は
電離損失で閾値を超える
N 5GeV
(Fe) 100%のトリガー効率
(N) 電離損失が大きくなる低エネル
ギーの場合に検出
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陽子･原子核成分
トリガー効率
電子･γ線と同じトリガー方式を利用
トリガー条件
① TASC最上層 >52MIP
② SciFi7,8層 > 15MIP
シングルイベント
シングルイベント
電荷の大きい粒子は
電離損失で閾値を超える
He 100TeV
(Fe) 100%のトリガー効率
(N) 電離損失が大きくなる低エネル
ギーの場合に検出
TASC下層で衝突したイベント
TASC下層で衝突したイベント
衝突
位置
後方散乱の影響によるトリガー
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陽子･原子核成分
オフライン解析時の粒子選別
･シャワーを引き起こしたイベント
･エネルギーの漏れ出しの少ない検出器上層で衝突したイベント
･検出効率が後方散乱の程度に依存しないイベント
TASC1層目以上で衝突したイベントを選別
検出効率
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エネルギー分解能
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Low Energy Shower Trigger
1GeV以上の電子に最適化したトリガー条件
･衝突しない素通りの陽子の除去
･側面から入射するイベントの選別
トリガー効率
トリガー条件
① 各SciFi層の閾値
･SciFi1,2層目： 0.7x2 MIP
･SciFi3,4層目： 0.7x2 MIP
･SciFi5,6層目： 0.7x2 MIP
･SciFi7,8層目： 5 MIP (eff.98%)
② TASC最上層の閾値
･ 7MIP (eff.95%)
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トリガーレートの推定
ISS軌道上における宇宙線Fluxの推定
1次宇宙線
 1次宇宙線・・・・・・気球・衛星実験
 地磁気中の伝播・・・・・・ COSMOS
･磁場モデル・・・・・・ IGRF2005
 Albedo の推定・・・・・・ ATMNC3
･大気モデル・・・・・・ US-Standard
高度400kmにおける宇宙線の組成、エネルギー、天頂角分布
検出効率を考慮
 検出器シミュレーション・・・・・・ EPICS
･核相互作用モデル・・・・・DPMJET3
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ISS軌道上におけるトリガーレート
エネルギースペクトル
(High Energy Shower Trigger)
経度[deg]
観測位置に対するトリガーレートの分布
(High Energy Shower Trigger)
緯度[deg]
(Low Energy Shower Trigger)
トリガーレートの平均値
 (High) ISS軌道平均：11.4Hz
内訳： e-:0.78, H:5.5, He:2.7,
C:0.47, Fe:0.11, 他 1.84
 (Low) 極域5分間の平均：108Hz
内訳： e-:8.3, H:74.8, 他：24.9
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まとめ
■ CALETの観測対象となる各粒子に応じたトリガー方式をシミュレーション
計算から検討し、以下の結果が得られた
トリガー条件と閾値(MIP)
SciFi1,2 SciFi3,4 SciFi5,6 SciFi7,8 TASC最上層
Low Energy (>1GeV)
> 0.7ｘ2
> 0.7ｘ2
> 0.7ｘ2
>5
>7
High Energy (>10GeV)
-
-
-
> 15
> 52
検出効率
電子(LOW) 電子(HIGH)
100%
100%
γ線
陽子
He
N
Fe
80％
20%
30%
45%
60%
■ ISS軌道上における宇宙線Fluxを推定し、トリガーレートを見積もった
– 軌道1周の平均 (High Energy Shower Trigger) ： 11.4Hz
– 極域5分間の平均 (Low Energy Shower Trigger) ： 108 Hz
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END
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Feのエネルギー損失
標的核によるシャワーの違い
標的検出器別のエネルギー損失(Fe 10TeV)
標的核により、相互作用の様子が
異なるため、TASCでのエネルギー
損失が異なる
・軽核と衝突： nやpが多い
・重核と衝突：π0が多い
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