マイクロメガスの開発 - SAGA-HEP

マイクロメガスの開発
理工学部
物理科学科
山口博史
はじめに
荷電粒子
ガス検出器
電
場
：電子
ワイヤー
MPGD(Micro Pattern Gas Detector)
◆GEM
◆μ-PIC
◆Micromegas
など
読み出し
Micromegas
(Micromesh Gaseous Structure)
導体のメッシュを絶縁体の足で支えることで、読み出しパッドとメッシュ
間のギャップを数十μmにすることでギャップ間に高電場を形成し、
電子を雪崩式に増幅する。
メッシュ
材質：ニッケル
ピッチ：６４μm
幅：２７μm
厚さ：２０μm
足
材質：光硬化型樹脂
ピッチ：２mm
直径：２００μm
厚さ：５０μm
３５μm
目的
Micromegasの安定した動作条件の探索

動作するか？
動作させるまでの準備・手順の確立
Micomegasによるガス増幅の特性の理解

Mesh電圧依存性
ドリフト電場依存性
ガス依存性など
セットアップ
Gas:P10(Ar 90%, CH4 10%)
Belle製プリアンプ（300mV/pc）
ネガティブＨＶ
(カレントリミット100nA)
Belle製ポストアンプ（10倍）
ネガティブＨＶ
オシロスコープ
chamber
55Fe
天板
3cm
100V/cm
ガス
読み出しPad
3cmx3cm
Mesh
Pad
35μm
動作確認
メッシュの状態が悪く全体でフラットな状態を作るの
が非常に困難
カプトンテープで読み出しパッド以外を覆い、
Micromegasがパッドに貼り付く面積限定
３cm
信号を確認
メッシュ電圧：380V
55Fe(5.9keV)の信号
立ち上がり：40nsec
全体の幅：200nsec
パルスハイト：30mV
■光電子＋オージェ電子
5.9keV
■光電子
3keV
■
5.9
=1.96
=1.99
■
3
線形的にガス増幅が行なわれている
メッシュ電圧依存性
5.9keV→230個
プリアンプ
300mV/pC
ポストアンプ
10倍
1000
100
10
1
300
320
340
360
HV
380
400
ドリフト電場依存性
120
110
100
90
Mesh360V
80
Mesh370V
70
Mesh380V
60
Mesh390V
50
40
0
100
200
300
400
500
600
ドリフト領域の電場(V/cm)
ドリフトしてきた電子がメッシュ∼パッド間に到達する数が一定
ガス依存性
Gain vs HV
10000
1000
Ar90-Iso10
Ar95-Iso5
Ar97-Iso3
Ar99-Iso1
Ar90-CO210
Ar95-CO25
P１０
100
10
1
250
300
HV
350
400
Arの割合を多くすると増幅率が増加する。
Arの割合が多くなると放電が起こり始める電圧が低くなる。
エネルギー分解能
σ
エネルギー分解能＝σ／ピーク
ピーク
エネルギー分解能 vs HV
Ar90-Iso10
0.35
Ar95-Iso5
0.3
Ar97-Iso3
Ar99-Iso1
0.25
Ar90-CO210
0.2
Ar95-CO25
P10
0.15
0.1
0.05
0
260
280
300
320
HV
340
360
380
400
main peak / escape peak vs HV
Ar90-Iso10
Ar-C4H10
増幅率の線形性が
なくなっている
Ar95-Iso5
2
Ar97-Iso3
Ar99-Iso1
0
260
280
300
320
HV
340
360
380
400
main peak vs HV
1000
増幅率が頭打ちを
起こしている？
100
Ar90-Iso10
Ar95-Iso5
Ar97-Iso3
Ar99-Iso1
10
1
260
280
300
320
340
HV
360
380
400
mean vs HV
1000
アンプを
変えての測定
Ar90-Iso10
100
Ar95-Iso5
Ar97-Iso3
10
Ar99-Iso1
1
頭打ちは起きていない
線形性が保たれている
260
310
360
HV
main peak / escape peak vs HV
2
Ar90-Iso10
Ar95-Iso5
Ar97-Iso3
0
Ar99-Iso1
260
310
360
HV
エネルギー分解能の再評価
エネルギー分解能 vs HV
0.18
0.16
0.14
Ar90-Iso10
0.12
0.1
Ar95-Iso5
0.08
Ar97-Iso3
0.06
Ar99-Iso1
0.04
0.02
0
270
320
370
HV
最高で７％
まとめ
Micromegasを動作させることができた。
動作までの手順を確立した。
ドリフト電場を変えてもドリフト領域から来る電子
をギャップ間に一定に集められている。
Arの割合を増やすと増幅率は高くなるが、放電
が始まる電圧が下がる。
増幅率：最高７０００倍
エネルギー分解能：最高７％
おわり
オージェ効果
オージェ電子
原理
光電効果
Ej=EL-(EL-EK)=EK
特性X線
光電子
Ee=Eγ-Ek
Ee+Ej=Eγ
ΔE
Wi
Ar:Wi=26
CH4:Wi=28
5900 0.9+ 5900 0.1=230個
26
28
nT=

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