MICE実験用SciFi飛跡検出器の
性能評価（２）
久野研究室 修士２年
堀越 篤
目次
• SciFi飛跡検出器の構造
• 飛跡検出器性能テストの報告
– TOFホドスコープ
• 時間分解能、e/μ/π粒子識別
– 飛跡検出器
• ゲイン、光量分布、ノイズレート、
• efficiency、位置分解能
• まとめ
プロトタイプSciFi飛跡検出器の構造
v w
x
４
w
x
３
v
v
x ２
x
w
１
st 1 , st 4 : 3 view
st 2 , st 3 : 2 view
計 10 view
4 3
2
1
avnet
AFEⅡ
6K
VLPC
クライオスタット
1553
VLSB
Chargeをデジタル化
VME
トリガー
シグナル
pc
SciFi飛跡検出器評価テストの目的
(KEK-PS π2 ,２００５年９月)
•
•
•
•
•
ノイズレート測定
位置分解能測定
3HFファイバーの発光量
磁場中での動作
エミッタンス再構築
飛跡検出器性能テストのセットアップ
• TOF : e/μ/π 粒子識別、運動量測定
• ACC : e/μ/π 粒子識別
• D1,D2 : defineカウンター
超伝導ソレノイド
中心磁場 : 1T
TOFホドスコープ
• 目的：π/μ粒子識別、運動量測定
• TOFの形状
– シンチレータ(40cm,2cmt)：EJ420 , Fine mesh PMT:19DY
– ライトガイド(53cm)：磁場中での時間分解能低下を避けるため
cm
PMT,1200Gauss
コイル
TOFホドスコープのセットアップ
TOF 1 →5
• PMT
• Light guide
• Scintillater
PMT B
PMT A
TOF １０←６
PMT A
PMT B
5+5 hodoscope
TOFの時間分解能及び粒子識別
• 時間分解能(-3GeV/c)
– σ（T1）=45ps
– σ(TOF)=40ps
• 粒子識別(-0.4GeV/c)
– e/π/μ 粒子識別
e
σ=60ps
μ
-200 TOF-T1 200
ps
0
π
TOF-T1 2000 ps
• 緑
– マグネットon
– angle 6°
• オレンジ
– マグネットon
– angle 3°
TOFによる運動量（MeV/c）
TOFによる運動量測定
380
同じ条件下では安定したビーム
run #
ミューオンビームの割合
• TOFによる粒子識別により求めた。
e event
 event
 event
159249
135936
9936
12736
6Åã
100000
70860
13870
14415
1.0T
6Åã
100000
55425
25102
17889
Off
1.0T
3Åã
169532
144341
10660
13920
±16mm
Off
1.0T
3Åã
107031
76281
15103
14861
-0.400
±16mm
Off
1.0T
3Åã
160000
88526
39639
29339
-0.325
±16mm
Pb
1.0T
3Åã
100000
71332
14360
13702
momentum
slit
diffuser B field
angle total event
-0.250
±16mm
Off
1.0T
6Åã
-0.325
±16mm
Off
1.0T
-0.400
±16mm
Off
-0.250
±16mm
-0.325
•total events 926k
•μ events 116k (13%)
SciFi飛跡検出器の解析
•
•
•
•
•
ゲイン測定
光量分布
ノイズレート
Hit efficiency
位置分解能
v w
x
４
w
x
３
v
v
x ２
x
w
１
st 1 , st 4 : 3 view
st 2 , st 3 : 2 view
計 10 view
SciFi飛跡検出器のゲイン
• LEDを用いたゲイン測定
– Pedestalと１photon
ピークから算出
• High gain AFEⅡ
– 6〜8count/Npe
1
0
2
3
• Low gain AFEⅡ
4
– 10〜12count/Npe
5
ADC mean
光量分布
• VLPCのADCゲートに入ったイベントを選んだ
• Threatholdは2.5p.e.
X-view
Npe
PROTON
BLUE: PION
: 35300<L1A<36000
RED:PROTON : 35300<L1A<36500
L1A（TDC）
14.5 p.e.
各view毎の光量分布
• +1.0GeV/c , proton
• st1~st3 : 15p.e. , st4 : 9p.e.(st1~3の60％)
• st4はwaveguideが１m長い
– 減衰長：7.7m=>waveguideによる減衰88％
• 減衰長では説明できない他の要因？
Npe
3HF濃度
Npe
St 1 V view 15.9
2500ppm
St 3 X view ?
mix
St 1 X view 14.5
5000ppm
St 3 Wview 14.0?
5000
St 1 Wview 16.9
3500ppm
St 4 V view 9.0
2500
St 2 V view 15.2
5000ppm
St 4 X view 9.3
2500
St 2 X view 18.1
5000ppm
St 4 Wview 9.2
5000
3HF濃度
ノイズレート
• ノイズレート＝hit fiber数/(event数xfiber数)
• Theratholdによる変化 ex) st1 V view
0.5 p.e.
1.5 p.e.
2.5 p.e.
1.4x10^-1
1.1x10^-2
2.0x10^-3
• Threathold 2.5p.e.
/fib
st 1 V view
2.0x10-3
st 3 X view
/fib
1.3x10-3
st 1 X view
1.0x10-3
st 3 W view
1.7x10-3
st 1 W view
1.1x10-3
st 4 V view
1.9x10-3
st 2 V view
1.4x10-3
st 4 X view
1.5x10-5
st 2 X view
1.7x10-3
st 4 W view
1.3x10-3
Hit efficiency
• -3GeV/c , π 8996evt
• |x(st1)-st2〜st4 line fitから計算されるst１での座標 | <
2mm , etc
Station 1
X axis
Station 1
Y axis
%
%
8507/8996 Station 3
X axis
=95
Station 3
97
98
99
Y axis
Station 2
X axis
99
Station 4
X axis
98
Station 2
Y axis
99
Station 4
Y axis
99
位置分解能
• Line fitの残差分布
RMS=0.4mm
RMS
RMS
st 1
X axis
0.3mm
st1
Y axis
0.2mm
st2
X axis
0.5mm
st2
Y axis
0.4mm
st3
X axis
0.5mm
st3
Y axis
0.4mm
st4
X axis
0.4mm
st4
Y axis
0.3mm
0.4(fiber間隔) x 7(fiber7本)/2=1.47mm
-2.0
2.0
全viewの重ね合わせ
mm 位置分解能=1.47/ 12 =0.4mm
期待される位置分解能と一致
まとめ
• プロトタイプSciFi飛跡検出器の性能テストを
KEK-PSπ２ビームラインで行った。
• TOFホドスコープの時間分解能は40psであった。
• SciFi飛跡検出器の基本性能を解析した。
– ノイズレートはthrethold 2.5 p.e.のとき
1x10^-3〜2x10^-3/fib
– Hit efficiencyは９９％となった。
– 位置分解能は0.4mmであった。
直線トラッキング
• -3GeV/c , B=0
1
4
3
2
1
2
3
4
4
3
2
1