J-PARC小型水チェレンコフ検出器 Mizuche の開発と私の2年間

J-PARC小型水チェレンコフ
検出器 Mizuche の開発と
私の２年間
京都大学大学院理学研究科
高エネルギー物理学研究室
修士課程2年髙橋将太
Monday, February 21, 2011
目次
• Mizuche実験について
• 強度解析を踏まえての詳細設計
• 光電子増倍管のキャリブレーション
• 宇宙線に使ったチェレンコフ光の光量測定
• 検出器シミュレーションによる検出効率の見積り
• まとめ
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
2
Since δ appears with sin θ13 in the MNS matrix, it does not make any effe
θ13 = 0. Therefore it is important to observe the non-zero value of θ13 .
T2K長基線ニュートリノ振動実験
2
Overview
of
the
T2K
experiment
J-PARCで生成した大強度μニュートリノビーム
•
•
e T2K experiment
is the accelerator based long baseline neutrino oscillation ex
前置検出器、スーパーカミオカンデ（SK）で観測
nt started in April 2009. The intense νµ beam are produced by J-PARC (Ja
1. μニュートリノ消失モードの精密測定
elerator Research
Complex) proton accelerator at Tokai. We detect the ne
at both 2.
the電子ニュートリノ出現モードの世界初観測
near detector “ND280” and the far detector “Super-Kamiokan
g. 1.1). Neutrino oscillation probability is measured by comparing the neut
raction rate at near/far detectors. The main goals of T2K experiment are:
世界最大水チェレンコフ検出器
スーパーカミオカンデ
岐阜県
飛騨市
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前置検出器
295km
3
280m
茨城県
東海村
Mizuche実験
•
前置検出器(ND)の結果を外挿して、SKでの反応数を予測
NSKexp = NNDobs x
NDの測定結果
•
ΦSKMC x σSK x εSK x dE
ΦNDMC x σND x εND x dE
モンテカルロで求めた
フラックス
ν反応断面積
検出効率
反応数予測の精度向上
•
•
•
反応標的：水
検出原理：チェレンコフ光
検出効率εの不定性を抑制
小型水チェレンコフ検出器 Mizuche の開発＠前置ホール
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ν反応断面積σの不定性を抑制
4
Mizucheの目標
•
目標
1. 前置検出器部分でのν反応数測定（目標精度２%）
2. SKでのν反応予測精度向上
•
特徴
•
•
•
•
SKと系統的によく似た検出器
小型（有効体積0.5トン）
T2Kのビーム強度でもν反応が１バンチごとに区別可能
反応数測定に特化（エネルギー再構成できない）
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5
検出器の概念図
FV
OV
300 mm
側面図
1600 mm
ν
ν
ν
1000 mm
ニュートリノビーム方向
φ800 mm
φ1400 mm
前面図
詳細設計は後述
300 mm
Fiducial
Volume
（FV）
OV
•
2層構造の円筒
•
•
有効体積（FV）: 質量 500kg の水標的
アウター層（OV）: FV周囲に300mmの水バッファー層
•
•
164-3 PMTs
FV端のν反応で生じたチェレンコフ光の測定に必要な最短距離
光電子増倍管（PMT）：3インチ管（164本、coverage∼6.2%）
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6
測定原理
νによるイベント
FV
測定状態
νがホール壁と反応して生成されたｎ/π0
νがホール壁と反応して生成されたμ
ν以外のイベント
FV外（OV）
ν由来の
中性子／π0
砂ミューオン
FV水あり
ν
ν
μ
n
FV水なし
ν
ν
μ
n
残差
シグナル
キャンセル
ν反応に対する検出効率のスタディ
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7
キャンセル
バック
グラウンド
（スタディ中／今後スタディ）
１年間で期待されるν反応数
•
•
１年100日、ビーム強度100kW（750kW）で計算
測定時間による統計誤差が最小となる測定時間比＝体積比
•
•
FV水あり：FV水なし = 2.5トン：2.0トン＝56日：44日
統計誤差2.7%（1.0%）
測定状態測定日数 ν反応頻度 [/日]
FV水あり
56
FV水なし
44
残差
(＝FV内)
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199
(1,490)
158
(1,186)
41
(304)
8
ν反応数
11,065
(82,985)
7,009
(52,570)
検出器の詳細設計
Monday, February 21, 2011
検出器の詳細設計
/
!
/
リブ（フタ）
*
!"!#$#%#&#'(#)
*
!"!#$#%#&#'(#)
*"*#$#%#&#'(#
外タンク
!
!
内タンク
%
フタ
図１：FV全体図
.
!
•
*
リブ（胴体）
総質量2.5トンの水 -
•
!
.
タンク架台
,
水圧に耐え得る構造の設計が必要
•
•
リブ
ハネ
+
*
強度解析・耐震解析
強度解析ツールにANSYSを使用
安全強度３以上、震度５強以上を目標に構造を決定
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*
10
< <
< <
7<=>131<1 '9%9:9;:'%
0123456
水漏れ試験
ゴムパッキンの接合部分
ココ
ココ
PMT取り付け窓
•
•
水漏れ試験：満水状態で24時間静置
漏水箇所：
•
•
•
ゴムパッキンの接合部分：パッキンの取り付け方の調整＋板ナット
PMT取り付け窓3箇所：接着の不備
後日再試験 → 問題なし
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該当箇所のみ再接着
前置ホール地下にインストール済
11
PMTのキャリブレーション
Monday, February 21, 2011
PMTのキャリブレーション
•
入射光量に対する全PMTの出力を一様にしたい
•
LEDからの光をPMTで観測
•
•
入射光量（p.e.）、ゲインを測定
測定セットアップ：同時に８本測定可能
Pulse Generator
LEDへのパルスと同期した信号
Level Adaptorで変換
（TTL→NIM）
LED点灯
パルスで入力
周波数 200 Hz
幅 20 nsec
PMT信号
CAMAC ADC
光電子増倍管からの信号 x 8
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CH2
CH3
CH4
Gate Generator
ゲート幅 60 nsec
暗箱内部
13
CH1
LED
光散乱キャップ
装着
CH8
CH7
CH5
CH6
、Q を求めることができるが、今回の測定では入射光子数の絶対値が分か
記のようにして相対的量子効率を求めることにした
光電子増倍管の量子効率を Q(ref ) 、測定した i 番目の光電子増倍管の量子
ると、同量の光子が入射した時のそれぞれの光電子増倍管で測定される光
測定した信号と平均入射光電子数とゲインの関係
うになる。
測定原理
•
µ
=
G
·
e
·
λ
p.e.
測定した信号の (ref )
(ref
)
�
λ
= Q
λphoton
平均・標準偏差 p.e.
σµ = G · e · λp.e.
(i)
λp.e.
= Q λphoton
•
(i)
G：ゲイン
e：素電荷
λp.e.：平均入射光電子数
(6
(6
(i)
的量子効率
Qrel は
相対的量子効率の定義
(i)
Qrel
Q(i)
≡ (ref ) =
Q
とあるPMTの光量
(i)
(i)
Q λphoton
λp.e.
=
(ref )
Q(ref ) λphoton
λp.e.
モニタ用PMTの光量
増幅率曲線
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Monday, February 21, 2011
14
(6
相対的量子効率とゲインカーブ
同時に７本のPMTを測定（合計175本測定）
各PMTの光量をモニター用PMTの光量で規格化
モニター用PMTに対する各PMTの相対的量子効率
•
印加電圧を変えてゲインカーブを測定
•
1000V ∼ 1300V、50V刻み
CH3
6.8
5.956 ± 0.2372
p1
6.6
6.4
CH4
全PMTの相対的量子効率分布
NORMALIZED PE, HV=1100V
[CORRECTED]
RUN20 CH2
!2 / ndf
3.559 / 5
h1_pe_norm_corr_hv1100
0.05986 ± 0.07755
CH8
LED
10
6.2
6
12
6.6
p0
p1
175
-12.36 ± 0.2345
Mean
0.9224 ± 0.008812
6.008 ± 0.07665
RMS
0.1166 ± 0.006231
2
3.02 3.04 3.06 3.08
3.1
3.12 3.14 3.16
PMTHV[V]
!2 / ndf
Monday, February 21, 2011
Prob
0.4718
0.008329
-14.06 ± 0.2269
6.6
p1
6.615 ± 0.07418
0
6.2
Overflow
0
6
5.8
G = 10B・VAで
フィッティング
5.6
5.4
5.2
5.2
5
5
3 0.6
3.02 0.8
3.04 3.06
3.08 1.43.1 1.63.121.83.142 3.16
0.2 0.4
1 1.2
PMTHV[V]
NORMALIZED PE [CORRECTED]
7
Prob
p0
5.4
4.56 / 5
2011,7Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
RUN20 CH5
0
0
AIN
3
15.53 / 5
6.8
Underflow
4 5.6
ダメなPMT
5.2
7
!2 / ndf
6.4
5.8
5.4
AIN
0.6145
Mean = 0.927
RMS = 0.098
6
6
5.6
5
6.8
6.2
CH7
CH6
5.8
Prob
Entries
6.4
8
CH5
7
RUN20 CH3
PMTGAIN
7
CH1 2.462 / 5
Prob
0.7822
=モニター用
p0
!2 / ndf
RUN20
15CH6
!2 / ndf
Prob
8.083 / 5
0.1517
3
3.02 3.04 3.06 3.08
3.1
RUN20 CH7
AIN
PMTGAIN
CH2
RUN20 CH1
PMTGAIN
•
光量の場所依存性を補正相対的量子効率のバラつき∼11%
Entries
•
•
7
3.12 3.14 3.16
PMTHV[V]
!2 / ndf
Prob
1.481 / 5
0.9153
宇宙線による
水チェレンコフ光量測定
Monday, February 21, 2011
ミニMizuche
•
宇宙線のチェレンコフ光を使った光量測定
•
•
実機と同じアクリル窓、PMTを使用
水層50mm + アクリル層5mm
トリガ１
水(50mm)
Coincidence
Gate Generator
アクリル(5mm)
PMT
CAMAC ADC
トリガ２
PC
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
17
p.e. distribution
MCと実測値の光量比較
実測値
70
60
50
Entries
PMT p.e. distribution (muon:1GeV/c,h2
water:4cm)
Cherenkov
40
140p.e.
35
30
25
40
30
20
20
Entries
htemp180
Mean
124.5 ± 4.153
Entries
1000
RMS
53.99 ± 2.937
Mean
300.6
7
Underflow
RMS
45.49
2
Overflow
4
! / ndf
53.79 / 32
!2 / ndf
6.784 / 5
Constant 67.67 ± 3.09
Prob
0.2372
Mean
289.6
± 0.8
Constant
27.21
±
3.46
Sigma
20.95 ± 0.66
Mean
139.8 ± 1.9
water:4cm
15
Sigma
10
18.99 ± 2.11
MC
70
60
htemp
290p.e.
50
40
30
10
0
0
0
Entries
Mean
RMS
!2 / ndf
1000
304.9
52.46
81.85 / 31
Constant 68.54 ± 3.24
Mean
290 ± 0.8
Sigma
19.83 ± 0.66
water:5cm
20
5
•
PMT p.e. distribution (muon:1GeV/c, water:5cm)
80
10
250 50300
350200 400
450
500450550
100 150
250 300
350 400
500 600
p.e.
P.E.
muon:1GeV/c
250 300 350 400 450 500 550 600
Peak p.e. from Gaussian fitting
p.e.
問題点：結果は約２倍違う・・・原因は現在スタディ中
→ peak p.e. 水層4cm, 5cmで同じ = 290p.e.
MCに追加
• 屈折率の波長依存性 = 宇宙線測定の約2倍.
MCに追加
• UVTアクリルの透過率の測定高光量領域(>400p.e.,
全体の約5%)のテールの原因は？
• 新しいPMTで測定これから
2011年1月23日日曜日
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
18
21
ν反応に対する検出効率
Monday, February 21, 2011
ν反応に対する検出効率のスタディ
反応した場所
測定
状態
FV
水あり
FV
ν
FV外（OV）
測定数
Nwwobs = NFV×εFV + NOV×εOVww
ν
ww : with FV water
FV
水なし
ν
残差
Nwowobs =
ν
NOV×εOVwow
wow : w/o FV water
シグナル
キャンセル
NFVobs = NFV×εFV
• 残差によってシグナルを計数する場合、OVの検出効率
がFV水あり／なしで一致する必要がある（εOVww=εOVwow）
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
20
検出器シミュレーションの概要
Overview of MC
Neutrino Flux
P
π
C target
•
μ
μ
ν
P
Neutrino
Interaction Detector
response
手順
•
Neutrino Flux : ほぼタンクの場所でのFlux (正確なflux
1. ニュートリノフラックスの作成（JNUBEAM）
は作成中)
2. ニュートリノ反応の生成（NEUT）
Detector MC : Geometry
•
display
Neutrino interactionEvent
: Fluxを元にNEUTで水でのニュー
display (CCQE)Event
:
3.•タンク、Fiducial
検出器の応答確認（GEANT4）
volume (FV)のスペック、PMTの設置
•
with
トリノ反応をシミュレート.
位置は実機スペックをGEANT4で再現.
GEANT4の設定
ν:0.54GeV, in FV
water in FV
(CCQE) :
without water in FV
ν:0.56GeV,
in Outer (上流)
FV水あり
ν:0.56GeV,
in Outer (上流)
FV水なし
response : GEANT4で検出器を再現.
荷電粒子
•MCDetector µ:~400MeV/c
タンク :
外タンク
Detector
によるチェレンコフ光生成をシミュレート.
半径70cm, 長さ1.6m
Monday, October 18, 2010
PMT ! 164本 :
PMT：164本
窓の半径3.5cm
Total p.e.=458
Monday, November 8, 2010
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
4
FV(アクリルチューブ) :
内タンク
FV内に水がないので、
半径40cm, 長さ1m, 厚さ
Outer部分での反応のみ
厚さ5mm(フタは8mm)
5mm,8mm
Sunday, October 17, 2010
µ:~510MeV/c
µ:~510MeV/c
21
Total p.e.=273
Total p.e.=860
3
Sunday, October 17, 2010
8
9
総光量によるカットと検出効率
numu（光量カット＞150p.e.）
interacted in Outer
CC+NC
enu_obs_ww_all_out
vertex in FV (w/ water)
100
Efficiency
Efficiency [%]
• ヒット： 2 p.e. 以上入射したPMT
• 総光量：ヒットがあったPMTの光量の総和（total p.e.）
• 光量カット：総光量に対して、ある光量以上のイベントを選択
光量カット後に残るイベント数
検出効率：
Efficiency (total pe>150) to
•Efficiency vs total p.e. threshold
検出効率
ニュートリノ反応数
vertex in Outer (w/ water)
vertex in Outer (w/o water)
80
FV水ありOV
40
0
0.4
200
400
600
800
0
0
1000
Threshold pe
検出効率が一致する光量カットの範囲
50 p.e. ∼ 200 p.e.
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
vertex
in Out (w/ water)
FV水ありOV
0.2
FV水なしOV
Monday, November 8, 2010
Monday, February 21, 2011
0.8
0.6
60
20
1
vertex
in Out (w/o water)
FV水なしOV
1
2
3
4
5
6
7
8
22
10
Neutrino Energy [GeV]
Monday, November 8, 2010
11
9
10
全エネルギー領域で一致
ぽちっ！
現状と今後の予定水入れ開
•
１週間前
•
•
•
•
•
PMT取り付け部分の再検討
水入れ開始
twitterはじめました(@Mizuche)
2011年2月9日水曜日
検出器のキャリブレーション
3月下旬：測定開始
•
FV水あり状態から
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
初循環式
PMT取り付け／ケーブリング
∼３月中・下旬：動作確認
•
•
アクリル透過率の測定
∼２月下旬：検出器のアセンブリー
•
•
タンク水循環テスト
23
まとめ
•
Mizuche実験
•
•
•
•
安全係数３を保証、震度５強の地震でも壊れない
水漏れ試験もクリアし、地下へインストール済
相対的量子効率、ゲインカーブを測定
検出器本体、光電子増倍管の準備が整った
宇宙線を使ったチェレンコフ光の光量測定
•
•
FV内の水がある状態／ない状態での測定数の残差
光電子増倍管のキャリブレーション
•
•
•
系統誤差を抑えたSKでのν反応数予測が最終的な目標
強度解析・耐震解析を踏まえた検出器設計・製作
•
•
•
小型水チェレンコフ検出器によるν反応数測定＠ T2K前置検出器
MCと2倍の差 ⇐ 原因はまだ分ってない
•
今後の予定
•
•
検出器のアセンブリー
砂ミューオンなどを用いた
光量キャリブレーション
•
FV水ありでのν反応数測定
ν反応に対する検出効率
•
光量カット（＞150p.e.）で2状態の検出効率がほぼ一致
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
24
バックアップ
Monday, February 21, 2011
J-PARC加速器
ビームエネルギー
30 GeV
スピル構造
8 bunches/spill
ビーム強度
750 kW
バンチ間隔
581 nsec
1スピル当たりの陽子数
3.3 x 1014 pps
バンチ幅
58 nsec
スピル周期
2.11 sec
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
26
スーパーカミオカンデ
•
•
•
•
•
•
岐阜県飛騨市、神岡鉱山地下1000m
直径39.3m、高さ41.4m
総質量5万トン（有効体積22.5トン）
20 PMT 11200本、8 PMT 1900本
太陽ニュートリノ、大気ニュートリノ観測
チェレンコフ光の光量・到達時間・リングパターンを測定
•
粒子の種類・エネルギー・発生点・運動方向などを決定
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
27
検出原理
• ν反応によって生じた荷電粒子が水中を進むときに
放出するチェレンコフ光を観測
μ
H2O nuclei
荷電粒子が単位長さ進む間に
muon
放出するチェレンコフ光子数
ν
Cherenkov light
Cherenkov photon [/cm]
θ
400
p
350
• チェレンコフ放射
•
•
1
cos θ =
nβ
媒質の屈折率
（水＝1.33）
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
250
荷電粒子の速度＞媒質中の光速
チェレンコフ角
300∼400
photons/cm
300
荷電粒子の速度
ーμ
ーe
ーπ
ーp
200
150
100
50
0
0
200
400
600
800
1000
Momentum [MeV/c]
PMTの波長感度(350-650nm)を考慮
28
検出器シミュレーションの概要
Overview of MC
Neutrino Flux
P
π
C target
•
μ
μ
ν
Neutrino
Interaction Detector
response
手順
•
P
Neutrino Flux : ほぼタンクの場所でのFlux (正確なflux
1. ニュートリノフラックスの作成（JNUBEAM）
は作成中)
2. ニュートリノ反応の生成（NEUT）
Detector MC : Geometry
トリノ反応をシミュレート.
位置は実機スペックをGEANT4で再現.
GEANT4の設定
QE
•
Neutrino interaction : Fluxを元にNEUTで水でのニュー
•
検出器の応答確認（GEANT4）
volume (FV)のスペック、PMTの設置
•3.タンク、Fiducial
•
PMTの量子効率
PMT QE
PMT
0.3
0.25
Detector
response
:
GEANT4で検出器を再現.
荷電粒子
タンク :
MC
外タンク：Φ1400mm,
長さ1600mm
Detector
によるチェレンコフ光生成をシミュレート.
内壁は反射しない
半径70cm, 長さ1.6m
Monday, October 18, 2010
0.2
0.15
4
FV(アクリルチューブ) :
内タンク：Φ800mm, 長さ1000mm
0.1
アクリル5mm厚（フタは8mm）
0.05
半径40cm, 長さ1m, 厚さ
厚さ5mm(フタは8mm)
5mm,8mm
屈折率1.49、滑らか
PMT：164本、Φ70mm
窓の半径3.5cm
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, November 8, 2010
Monday, February 21, 2011
QE
PMT ! 164本 :
0
300
400
500
600
700
WaveLength [nm]
0.3
水：波長に依存した光子吸収率・屈折率（1.34∼1.36）
0.25
0.2
29
3
0.15
←
ギ
期待される総光量分布
•
•
総光量：ヒットがあったPMTの光量の総和（total p.e.）
ヒット：2 p.e. 以上入射したPMT
Total p.e. (log)
•
# of events [1021POT]
totpe_ww_all_all
105
vertex in Tank (w/ water)
vertex in FV (w/ water)
•
vertex in Out (w/ water)
vertex in Out (w/o water)
104
実際に測定出来る分布：黒、緑
•
OVで起こる反応の光量分布：青、緑
•
103
0
500
1000
1500
2000
2500
Total pe
onday, November 8, 2010
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
7
30
黒＝赤＋青
200 p.e.以下でとてもよく一致
FVでのν反応の検出効率
• 光量カット：総光量に対して、ある光量以上のイベントを選択
光量カット後に残るイベント数
検出効率：
•
ニュートリノ反応数
Efficiency (total pe>150) to
FVでのν反応に対する検出効率
•numu
interacted in FV
1
0.8
0.6
Entries 634985
1
Mean
4.653
RMS
2.708
0.8
0.6
0.4
CC+NC
0.2
0
0
skefffcfvnmall
Efficiency to numu @ SK
Efficiency
Efficiency to ! in FV
enu_obs_ww_all_fv
0.4
CC
1
2
3
4
5
6
7
0.2
8
9
10
0
0
Neutrino Energy [GeV]
nday, November 8, 2010
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
CC+NC
8
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Neutrino Energy [GeV]
強度解析
外タンク
内タンク
正面図
側面図
荷重定義
水圧
自重
y
x
•
y
z
次のような点を変更して強度（相当応力・変形量）を確認
•
フタの厚み／架台の脚を取り付ける位置／
フタに取り付けるリブの形状・厚み
•
ハネの形状・枚数、etc... 2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
32
安全係数３を満たす構造を選択
強度解析結果の例
フタの厚み
5mm
架台の脚の取り付け位置
6mm
9mm
z=0
z=0
DMX=4.2mm
DMX=2.9mm
55cm
DMX=1.7mm
SMX195MPa
ハネの形状・位置
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
33
30cm
SMX188MPa
耐震解析
X方向解析モデル Z方向解析モデル
0.5G
0.5G
1G
1G
y
x
荷重定義
水圧
自重
横方向の重力加速度（0.5G）
y
z
• 0.5G横方向の重力加速度 = 震度５強相当
• 検出器が壊れない引張強度内であればOK
• 結果的に安全係数２以上を満たした
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
34
Z方向解析モデル X方向解析モデル
耐震解析の結果
181 MPa
40.2 MPa
0.892 mm
20.1 MPa
変形量
0.595 mm 相当応力
4.178 mm
変形量
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
反対側
154 MPa
0.464 mm
35
相当応力
MAX
(272MPa)
外タンクの詳細設計
総重量511kg
•
•
•
•
•
タンク本体（281.5 kg）
Φ=1400mm, L=1600mm, t=4.5mm SUS304
フランジ（8.34 kg x2）
w=50mm, t=9.0mm SUS304
•
•
フタ（ 84.8 kg x2）
Φ=1500mm, t=6.0mm SUS304
リブ（2.7 kg x 4）
L=1500mm, w=50mm, t=4.5mm 鉄
•
•
•
•
•
脚（1.9 kg x4）
100mm x 100m, t=6.0mm, L=1000mm,
鉄・角パイプ
フタから300mmの位置
タンクとくっつけるための板（8.5 kg x2）
L=1600mm, w=150mm, t=4.5mm 鉄
•
•
•
•
•
リブ（4.1kg x2）
w=50mm, t=4.5mm 鉄
フタから550mmの位置
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
•
•
36
その他
水ホース用の穴
タンク水x2, 空気x1, アクリル水x2
アイボルト
タンク本体x4, フタ各x2
•
•
強度解析・耐震解析の結果
• 強度解析
• 材料の引張強度に対し安全係数３を設定
• 外タンク・内タンクそれぞれクリア
• 耐震解析
• 一時的な応力なので、引張強度以内であれば問題ない
• 結果的に安全係数２程度をクリア
材料名
引張強度 [MPa]
安全強度 [MPa]
鉄
400
130
ステンレス
520
170
アクリル
65
21
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
37
光量カットとPMT出力の一様性
• PMTごとに相対的な量子効率を把握
• ある入射光量に対する出力を、全PMTで一様にする
• ゲインを調整印加電圧を制御
等
入射光子
大
小
相対的Q.E.
印加電圧
小
大
PMT1
オシロの波形
等
入射光電子
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
PMT2
38
等方性・再現性の確認
同一のPMTの場所を変えてLEDからの光量測定
各場所での光量をモニター用PMTの光量で規格化
CH2
CH3
CH4
LED
CH5
CH8
CH7
CH6
CH2∼CH8まで1周
＝1セット
SET 1
SET 2
1.7
SET 3
1.6
SET 4
SET 5
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
1
•
•
ANA20 NORMALIZED P.E.
CH1
1.8
=モニター用
NORMALIZED P.E.
•
•
2
3
4
5
6
7
8
CH
ch2
ch3
ch4
ch5
ch6
ch7
ch8
1.22
1.33
1.46
1.45
1.46
1.30
1.25
±2.40%
±1.80%
±2.02%
±2.15%
±3.30%
±4.05%
±2.99%
場所による再現性を確認
場所ごとの光量補正係数を定義（＝各場所での平均値）
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
39
• 同時に７本のPMTを測定（合計154本測定）
• 印加電圧を変化させて測定し、ゲインを算出
• 1000V - 1300V、50V刻み
• 両対数グラフにプロット
• 直線によるフィッティング
• y = Ax + B
2.462 / 5
0.7822
p0
5.956 ± 0.2372
p1
0.05986 ± 0.07755
7
!2 / ndf
3.559 / 5
Prob
0.6145
6.8
p0
-12.36 ± 0.2345
6.6
p1
6.008 ± 0.07665
RUN20 CH3
-14.06 ± 0.2269
6.6
p1
6.615 ± 0.07418
0.4718
6.227 ± 0.07613
6
6
6
5.8
5.8
5.8
5.6
5.6
5.6
5.4
5.4
5.4
5.2
5.2
印加電圧
3
3.02 3.04 3.06 3.08
3.1
5
3.12 3.14 3.16
PMTHV[V]
RUN20 CH6
7
!2 / ndf
8.083 / 5
Prob
0.1517
6.8
p0
-13.6 ± 0.2324
6.6
p1
6.51 ± 0.07598
6.4
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
6.2
Monday, February 21, 2011
6.6
6.2
3
3.02 3.04 3.06 3.08
3.1
RUN20 CH7
7
40
5
3.12 3.14 3.16
PMTHV[V]
!2 / ndf
Prob
1.481 / 5
0.9153
• 今後は必要なゲインGを見積もり、印加電圧Vを逆算
-12.99 ± 0.2329
6.8
6.2
PMTGAIN
p1
p0
7
6.2
4.56 / 5
Prob
p0
6.8
全PMTのゲインカーブを測定
!2 / ndf
PMTGAIN
•
RUN20 CH5
0.008329
6.4
5
3.12 3.14 3.16
PMTHV[V]
Prob
6.4
ゲイン
5.2
3.1
15.53 / 5
6.4
G = 10B・VA
.04 3.06 3.08
7
!2 / ndf
6.8
p0
-12.02 ± 0.2359
6.6
p1
5.882 ± 0.0771
PMTGAIN
Prob
RUN20 CH2
PMTGAIN
!2 / ndf
PMTGAIN
RUN20 CH1
PMTGAIN
ゲインカーブ
7
6.8
6.6
6.4
6.4
6.2
6.2
MC内のPMTの量子効率
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
41
Transmittance [%]
厚み5mm/8mm
100
80
60
5mm Acrylic x 1(w/o R)
40
Transmittance [%]
アクリル透過率の測定結果
アクリル(R付き
曲率あり／なし
100
• R付きのア
80
なしに比
領域で急
60
40
8mm Acrylic x 1(w/o R)
8mm sono2
リル-クッキー-アクリル
20
Acrylic w/ R (direct 2)
8mm sono4
200
250
300
350
Transmittance [%]
々のPMT接着方法の場合を想定
100
0
400 450 500
Wave length [nm]
クッキー(Si)あり／なし
80
60
Ratio (direct 2/direct 1)
0
Acrylic+Sillicon
•
1.02
1
250
300
350
•
350
400 450 500
wave length [nm]
400 450 500
Wave length [nm]
様に起こ
fundamentalなことらしい1%~2%程度
• が、ほと
0.98
0.96
さい。
250
2011年2月12日土曜日
42
キーに比べ10%程度小さくなる(特に短波長領域).
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
300
短波長側で透過率が落ちる • アクリルの
200
20
200
250
0.92
Acrylic-Sillicon-Acrylic
0
1.04
200
0.94
40
Acrylic+Acrylic
関係なく
Acrylic w/ R (direct 1)
20
8mm sono3
• この傾向
Acrylic w/o R
300
350
400 450 500
wave length [nm]
私の２年間
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2009.10 Mizucheと出会う
2009.11
2009.12 はじめてのGeant4
2010.01 PMTのチェック
2010.02 宇宙線の測定
2010.03 初めての学会発表
2010.04 宇宙線測定２
2010.05 学振申請
2010.06 強度計算、図面作成
2010.07
2011, Feb. 21 第17回ICEPPシンポジウム
Monday, February 21, 2011
43
2010.08
2010.09 タンク発注
2010.10 タンク完成
2010.11 タンクインストール
2010.12 2011.01 修論
2011.02 なう

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