メッシュ付きm-PICの安定動作と 最適化に向けた研究 神戸大学 小林正治,越智敦彦,加納英朗,齋藤俊介,清水優祐, 田辺晃,本間康浩,松田慎司,村上浩太,守谷健司,吉田圭一 2008年3月23日 於 近畿大学 概要 • • • • • • • はじめに メッシュ実装 Ar:C2H6=50:50 でのガス増幅率測定 長期動作安定性試験 イオンフィードバック測定 まとめ 今後の課題 第63回年次大会 近畿大学 はじめに m-PIC 図面 m-PIC 電場構造 • micro pixel chamber :m-PIC – MPGDの一種で、アノード近傍の電場は強く、 カソードでは弱くなる構造。 – MSGCと比して放電しにくい。 メッシュ付き 電場構造 マイクロメッシュ • メッシュ付きm-PIC – 3次元電場構造を得られ、増幅領域を拡大す ることができる。 • 104を超える増幅率を得られる。 第63回年次大会 近畿大学 Pitch:50mm 厚さ:5mm メッシュ実装 • 実装治具の製作 • ナイロン糸(f:165mm)を 使ったサポーターでの メッシュ保持 – メッシュとm-PICとの面平 行性実現 – 大面積m-PICへの対応 第63回年次大会 近畿大学 4.1cm 4.3cm メッシュ付きm-PICのセットアップ • HV – アノード電圧 (Va) 600V～700V – メッシュ電圧 (Vm)-100V～-300V – ドリフト電圧 (Vd=Vm-300) • プリアンプ – ASD: 1V/pc – 高ガス増幅率におけるサチレー ション防止のため、5チャネルに信 号分散 • 動作ガス – Ar: C2H6 =50:50 プレミックスガス • Source: 55Fe 第63回年次大会 近畿大学 Drift plane Ar:C2H6=50:50ガスでの増幅率曲線 Va- gain gain 100000 Vm=-300V Vm=-200V Vd=Vm-300 Vm=-100V 10000 1000 610 630 650 Va(V) 670 • 最大ガス増幅率 – 約54000。 第63回年次大会 近畿大学 690 710 ○最大増幅率での波形 Va=700V, Vd=-600V, Vm=-300V Pre Amp :ASD 0.2V/pc 長期動作安定性試験 • 増幅率10000付近にて24時 間安定した動作を確認。 – 目視中での放電の計数情報 はゼロ。 – 増幅率の最大値と最小値と の変動は10%。 • ナイロン糸へのチャージアッ プによる増幅率の大きな変 動は見られない。 relative gain 1.40 Vm=-300V Va=620V Vd=Vm-300 1.20 1.00 0.80 – Count rate • 測り始め 131Hz/cm2 • 終わり 138Hz/cm2 第63回年次大会 近畿大学 0.60 0 500 1500 1000 time (minute) イオンフィードバック測定 “negative” • イオンのドリフト領域への漏 洩。 – TPCとして使用した際、ドリフ ト電場に歪みが発生し、粒子 飛跡がぼやける。 – 漏洩度は少ないほど良い。 • メッシュ付きm-PICの場合は イオンフィードバックは小さ くできる。 – 数値シミュレーションによれば 1%程度。 – ピコアンペアメータで実測。 第63回年次大会 近畿大学 “negative” “negative” ピコアンペアメータの製作 • 高電圧系での微小電流測定を実 現。 – HV系統に直接接続する。 • 外界から隔離する。 – 微小電流漏洩防止のため、各素子 の絶縁特性を要求。 • 支柱端子、コンデンサ… – ノイズ遮蔽。 ○ドリフト電流測定 HV pA Drift plane ○アノード電流測定 第63回年次大会 近畿大学 ○空中配線 HV nA Anode electrode 測定結果 • イオン収集率 =(ドリフト電流)/(アノード電流) • 最小のイオン収集率は 0.8%程度であった。 – 電圧条件は drift-mesh=100V/cm Vm=-300V Va=362V • ドリフト電場大 →イオン収集率大、 メッシュ電圧大 →イオン収集率小 第63回年次大会 近畿大学 700V/cm 500V/cm 300V/cm 100V/cm ガス増幅率~10000 まとめ • メッシュを一様に配置したm-PIC を開発。 – 54000程度のガス増幅率を実現。 – 増幅率10000付近で24時間動作を確認。 • イオンフィードバック量の測定。 – ピコアンペアメータを製作し、ドリフト電流とアノー ド電流を測定。イオン収集率0.8%が求められた。 第63回年次大会 近畿大学 今後の予定 • 他の動作ガスの研究。 • 20000程度の増幅率下で、1ヶ月を超えるよう な長期安定試験。 • 高輝度状況下での動作試験。 • イオンフィードバック量を更に減少させる条件 を求める。 – 動作電圧条件。 – 厚さ20mmのマイクロメッシュでの試験。 – メッシュの配置。 第63回年次大会 近畿大学
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