高い時間分解能を持ったマルチアノード型光電子増倍管の開発～cross-talkによる時間分解能悪化の改善名古屋大学高エネルギー研究室宮林善久概要      光電子増倍管L16の開発目的 L16の特徴 Multi-channel-photon-hit時の時間分解能の悪化 Cross-talk対策と対策成果 Summary 1 マルチアノード型光電子増倍管の開発目的 TOP(Time-Of-Propagation) counterのR&D用光検出器として必要 TOP-counter:チェレンコフ光を用いた新しいタイプの粒子識別装置 L16-PMT (R5900U-00-L16)HPKを開発 L16の優れた性能 1. 2. 3. 一次元の position sensitive（1mm幅×16mm×16ch) 時間分解能 (σ＜100psec) single photon が検出可能 L16は上記の性能を生かしてTOF-counterなどへも応用できる。そのためPMT単体の開発としても意味がある。今回、未解決だったcross-talkについての改善を行った 2 L16の特徴メタルパッケージ型PMT  優れた位置検出  優れた時間特性 L16のその他の性能  Q.E. : ～25%（バイアルカリ λ～400nm)  Gain : 6×10 6（PMT HV:900V）  収集効率 : ～50% Pulse Height rise time ～0.6ns 3 L16の高い時間分解能 single photon 照射時のsignal 分布 ADC（電荷情報）分布 Single photon peak region Single photon peak region でcutした時の TDC（時間情報）分布 Single photon peak のADC regionで、時間分解能～60psec 第１、第２ダイノードへの印加電圧値を既存品の二倍に改良した効果4 PMT評価のためのset-up Cross-talkの影響を評価するためにMulti photon照射を行った Multi photon 照射 PMTあたりに同時にhitする光子数ｎ n（光子数）>1 pmt 16ch 1ch Pulser の性能 jitter ～±10psec  λ ～ 420nm  10kHzで発光  Filterの濃さを変えてPMTにあたる光量を調節 5 Multi photon 照射時の波形第8chのみ照射した時と全面照射した時の第8chの波形の違い第8chのみ照射全面照射第8ch 第8ch Slit on Slit off 6 Multi photon を全面照射した時には異常な波形が出力される ← cross-talkの影響 Cross-talk 第8chのみ照射した時の波形の様子第8ch 第8ch以外のch Slit on あるチャンネルに光子が入射し出力が出ると他の全channelに特性が反転した信号波形が誘起される全面照射時には、この誘起信号(cross-talk)が本来の信号と合わさって波形が著しく変化する 7 Multi photon 照射時の時間分解能光量を変化させたときの第8chの時間分解能のふるまい（Single photon peak での時間分解能） Slit off Threshold –80mv PMT H.V.1000v 第8ch Slit on 第8ch以外のchannelに hitする光子数大第8ch 全面照射した時第8ch以外のchannelにhitする光子数が上がる程、第8chに寄与するcross-talkが増え、時間分解能が急激に悪化する第8chのみ照射した時時間分解能の悪化は見られない 8 Cross-talkの原因最終ダイノード･アノード付近の簡略回路図（1）の経路にPMTの構造上無視できないインダクタンスLの効果があり最終ダイノードの電位を回復するのに時間がかかるリアクタンスの大きさはcross-talkの波形の周期から見積もると数nHである 9 「Cross-talkは最終ダイノードの電位のゆれによりアノードに誘起される変位電流」 Cross-talk対策最終ダイノード･アノード間にシールド電極を設置した Ground 電位メッシュ製ねらい：「構成されるキャパシタンスを減らし最終ダイノードから 10 アノードに誘起されるcross-talkを減少させる。」 Cross-talk対策の成果（１）第8chのみ照射した時の第8ch波形とcross-talk波形 Cross-talk対策後 Cross-talk対策前第8ch Crosstalkのch S = Nc-talk 対策前 180mv 30mv =6 信号channelのpulse height 1つのchannelからのcross-talk から対策後 140mv 5mv =28 がに改善 11 Cross-talk対策の成果（２）光量を変化させたときの時間分解能のふるまい cross-talk対策前と対策後の比較（Single photon peak での時間分解能） Threshold –40mv PMT H.V.900v PMT全面に Hitする光子数 Cross-talk対策型はPMT全面にhitする光子数が増加しても 12 時間分解能が悪化しない Summary L16-PMTにおいてcross-talk対策による時間分解能の向上に成功した Cross-talk対策として最終ダイノード･アノード間にshild電極を設置その結果、 ■ S =6 Nc-talk から S = 28 Nc-talk に改善  multi photon 照射時でも時間分解能が悪化しない Single photon peak regionで、～75psec  この高い時間分解能を持つマルチチャンネルPMTは TOF counterなど、多くの局面への利用が期待できる。 13 Cross-talk対策の副作用  Gainが従来品の60％～80％に低下  ＡＤＣ分布に小山が生じる対策前のＡＤＣ分布対策後のＡＤＣ分布  Efficiencyが対策前の80％以下に低下 14 対策前と対策後のEfficiencyの比 (single photon全面照射時)