ハイパーカミオカンデ用ハイブリッド光検出器の

立石
圭児 (京都大)
19th ICEPP Symposium
2013/2/18 岳美山荘
1
2
3
p.e. = photo electron (光電子)
ハイブリッド光検出器HPDはHKの光検出器の候補
今回Super-K (SK)の20-inch PMTの性能と比較をする
4
PMT
HPD
Hybrid
Avalanche Diode (AD)
Dynode
e
amp
e
e
HV ~2kV
HV ~8kV
HV
SK 20-inch
PMT
~2kV
ゲイン
~107
AD Bias
~300V
打ち込みゲイン ×～400
アバランシェゲイン ×～150 @300V
8-inch HPD
8kV
~104-105
HPDゲイン＝
打ち込みゲイン
×
アバランシェゲイン
5
6
8-inch HPD
7
(20-inch)
収集
効率
TTS(FWHM)
SK PMT
80%
5.5ns
HPD(計算値)
95%
1.1ns
2014年には水中試験が
出来るものを作製
8
9
防水のためのハウジング
amp
30cm
I-V
conv.
Signal
Diff.
～300V
AD Bias
～300V
Filter
AD
Signal
LV
Filter
8kV
LV
+HV
HV Module
AD
φ 5mm
10
8-inch HPD
レーザーダイオード
オシロスコープ
11
←w/ 70m信号ケーブル
90ns
2p.e.
8mV
↓w/o 70m信号ケーブル
Counts
1p.e.
実証試験では70m信号
ケーブルを使用する
1p.e.
3p.e.
2p.e.
ped.
10
3p.e.
20
30
40
波高 [mV]
50
60
12
HPD単体のゲイン＝打ち込みゲイン × アバランシェゲイン
HVによって変化
ADバイアス：292V
ADバイアスを変えた時のゲインの変化
ゲイン
ゲイン
HVを変えた時のゲインの変化
ADバイアスによって変化
1.58´10 6
Gain=
0.295
æ Bias ö
1- ç
÷
è 419 ø
HV：8kV
ADバイアス電圧 [V]
13
Counts
最適なADバイアス電圧(アバランシェゲイン)を決めるために以下を測定した
pedestal
1p.e.
これらの値が最も良くなる時
が最適なADバイアス(アバラ
ンシェゲイン)
谷
14
80
1p.e. 分解能
ADバイアス～345V
(アバランシェゲイ
ン～225)
70
アバランシェゲイン225の時の分布
60
Counts
Sigma / 1p.e.のPeak [％]
90
50
40
Pedestal 幅
1p.e.
30
20
10
pedestal
P/V
～2.8×107
～35%
～7
15
トリガー
1p.e. TTS
σ : 1.26±0.06 ns
波高の25%
16
～3kHz
Threshold
Threshold [p.e.] = Threshold [mV] / 1p.e.の波高[mV]
17
アバランシェゲイン225
の時のレート耐性 (w/o
70mケーブル)
今回は110mVのみで測定
拡大
緑：5%以内
橙：10%以内
500kHz 700kHz
18
~840mV
飽和し始
めている
19
8-inch HPD
20-inch PMT
ゲイン
104~105
(ampありだと~107)
~107
1p.e. P/V
~7
1.9
1p.e. 分解能
~35%
~150%
1p.e. TTS
(Sigma)
~1.3 ns
~2.2ns
ダークレート
(@0.25p.e.)
~3-40kHz (~25℃)
(amp+70mケーブル)
※HPD単体では0.62ns
~4kHz (~13℃)
1p.e.のTTSはampを変える/改良することで改善する可能性がある
ダークレートはHPDではまだ安定後の測定が行われていないのでふらつきがある
20
年
2013
8-inch HPD
水中試験
(200tタンク)
詳細な性能
評価
20-inch HPD
2014
2015
レート耐性、温
度・磁場依存性、
一様性など
性能評価
2016
HKの
光検出器
決定
水中試験
(200tタンク)
?
21
22
23
項目
感度波長範囲
光電面
面板材質
値
単位
300 ～ 650
nm
バイアルカリ
-
硼珪酸
100
QE max: 16.4%
@ 380nm
SK: 32uA/Lm
Ik5: 4.9uA/Lm-b
Photocathode Radiant Sensitivity [mA/W]
Quantum Efficiency [%]
10
1
0.1
*)分光カーブはSK:
31, Ik5: 4.9と同程度
の感度を持つ別のチューブのもの
Photocathode Radiant Sensitivity
Quantum Efficiency
0.01
200
300
400
500
600
Wavelength [nm]
700
800
24
Counts
pedestal
1p.e.
25
光検出器開発
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