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KOPIO（BNL-E926）のための
α線源を用いたNitrogen Scintillation の研究
卒業研究発表会＠京都教育大学理学科
2003年2月6日
京都教育大学教育学部初等教育教員養成課程
理系教育学科高エネルギー物理学研究室
村山芳幸
Contents
•KOPIO
•半導体検出器を用いたNitrogen Scintillation
•ジオメトリアクセプタンス
•N2のエネルギー損失およびQuenching効果
•Beam catcher への影響
1
2003 年度理学科卒業研究発表会
KOPIO

目的

prediction
Wolfenstein style
Cabibbo-小林・益川行列のパラメタ測定
の崩壊モード

の検出

Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix
and nothing!
の崩壊モード

の検出 Back Ground



Measurement
Branching Ratio:
崩壊領域を完全にVeto する必要性

Beam Catcher の製作
Type Beam Cathcer
2
2003 年度理学科卒業研究発表会
Unitarity Triangle
KOPIO


Measurement
ユニタリ三角形
小林・益川行列のパラメタ
の和が三角形を作る

三角形が破られる


CP Violation
KOPIOではこの三角形の
高さを求める
Unitarity Triangle
Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix
3
2003 年度理学科卒業研究発表会
KOPIO

目的

prediction
Wolfenstein style
Cabibbo-小林・益川行列のパラメタ測定
の崩壊モード

の検出

Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix
and nothing!
の崩壊モード

の検出 Back Ground



Measurement
Branching Ratio:
崩壊領域を完全にVeto する必要性

Beam Catcher の製作
Type Beam Cathcer
4
2003 年度理学科卒業研究発表会
Unitarity Triangle
Beam Catcher –prototype


に対して強いEfficiency
中性子に対しては不感
1GeV/c 陽子での光量


0.027p.e.程度予期しない光量
Nitrogen Scintillation の可能性


窒素の光量測定
予期しない光量への影響
Beam Catcher
Pre-radiator
Calorimeter
Down stream veto
Sweeping magnet
Neutron
Barrel photon veto
K Lbeam
Vacuum vessel
Charged veto
2003 年度理学科卒業研究発表会
electron
5
Machinery and Materials

Design
PIN Photo Diode でTag

線源とPIN Photo Diode
との距離は可変


線源を寸切りで制御
2つの光電子増倍管を
左右で見る


目的

線の光量測定
PMT1
PIN Photo
P
M
T
2
αSource
Logics
5cm
2003 年度理学科卒業研究発表会
6
Machinery and Materials
kopio N2ベンチ
圧力ポンプ
解析装置
7
2003 年度理学科卒業研究発表会
Simulation on Bethe-Bloch formula


線源
のエネルギー損失をEstimation
Bethe-Bloch の式に適用
8
2003 年度理学科卒業研究発表会
Estimation on max

最もScintillation を期待できる
Distance をEstimation




飛跡 4cm ですべての
Energy を失う
Scintillation を期待できる
= エネルギー損失が大きい
(Energy deposit)
[eV]
α-particle in N2
が小さいほどは大きい
線が止まる直前に強く光る
α出だし
9
2003 年度理学科卒業研究発表会
Experiment -Semiconductor Detector
半導体検出器をTag にして
Scintillation 光を検出


ハード的に200ADC Count
以下はカット
カット領域
PIN Photo Peak のMean
から2σ
 PMT2 のADC Count >100
 青色のカットはこれに加え
PMT1 のADC Count >100
PMT1 のピークはほぼ
Nitrogen Scintillation


Distance from Source
7.2mm, 12.2mm, 16.4mm,
21.6mm, 24.3mm, 31.5mm,
34.5mm
10
2003 年度理学科卒業研究発表会
Experiment -Semiconductor Detector
Energy [MeV]
エネルギー損失




5
真空を5.4MeVと規格化
toy MC でfitting
4cm 程度進む
Bethe-Blochにほぼ一致
N2
40
Photoelectron

Photoelectron

距離が大きくなるにつれて増加



距離が大きいほど発光スペース
が大きい
止まる直前で大きく発光
2
Distance [mm]
N2
1
Bethe-Bloch の理論に一致
11 40
2003 年度理学科卒業研究発表会
Distance [mm]
Geometry Acceptance

Geometry Acceptance

α線がPIN Photo と衝突するま
で0.1mm 刻みで立体角を求め,
それの平均を出す.


Acceptance
ソフトウェアでシミュレーション
100,000plot / 0.1mm
PIN Photo
P
M
T
2
αSource
光電子増倍管に入ったPhoton
数がわかれば, Geometry
Acceptance から全Photon数を
Estimate できる


光電子増倍管の量子効率
q=0.2
Photon=photoelectron/(q A)
12
2003 年度理学科卒業研究発表会
photon
Evaluate on Photon

Photon / MeV




これらの平均からPhoton 数を
求める
100
Mean = 154.4 [photon]
photon
… 5.4MeV
154.4 ×5.4 = 836 [photon]
940の理想に対し836


N2
全Photon 数


200
Air
30
15% 以内
20
空気での全Photon 数

40
Distance[mm]
28.2 × 5.4 = 152 [photon]
13
2003 年度理学科卒業研究発表会
Quenching effect

O2 はN2 scintillation のエネルギーを吸収
し, 発光を妨げる






I0 Quench される前のPhoton 数
I Quench 後の光量
c O2 比
K = 20(定数)
理論値 K=20 を, 実験データから求める
K = 22.4±2.4
 理想値よりもやや大きいが, ほぼ一致
14
2003 年度理学科卒業研究発表会
Results and Summary

Nitrogen Scintillation を確認及び光量測定
N2 …. 836 [photon]
 Air …. 152 [photon]



Quenching 定数 K =22.4 ±2.4 を実験的に求めた
Aerogel Cherenkov beam catcher への影響
予期しない光量 0.027 [photoelectron /1Gev/c proton]
 Nitrogen Scintillation による影響 0.02 [photoelectron]
 Factor で近似に成功


予期しない光量にNitrogen Scintillation の影響は
無視できないと主張できる
→光らない気体探し及びgas 較正
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2003 年度理学科卒業研究発表会
Discussion
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2003 年度理学科卒業研究発表会
Discussion
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2003 年度理学科卒業研究発表会
Discussion
5inch PMT
Pb 2t
aerogel
beam
35cm
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2003 年度理学科卒業研究発表会

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