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マイクロ MEGAS を用いた X 線検出器の開発. 宮崎大学工学部材料物理工学科 松田達郎. 開発のきっかけと目的  ・ KEK PS AIDA(E248) 実験と CERN COMPASS(NA58) 実験 宮崎大学での開発とテスト まとめと今後. 開発のきっかけと目的. 経過 1992 年  KEK PS AIDA 実験( E248 ) のターゲット直後の荷電粒子飛跡検出     器として、 MSGC の開発を開始。 IC 製作技術 を使用。       (放電によるストリップの損傷の問題解けず)

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Megas x

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発

宮崎大学工学部材料物理工学科

松田達郎

  • 開発のきっかけと目的

  •  ・KEK PS AIDA(E248)実験と

  • CERN COMPASS(NA58)実験

  • 宮崎大学での開発とテスト

  • まとめと今後

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


開発のきっかけと目的

経過

1992年 KEK PS AIDA実験(E248)のターゲット直後の荷電粒子飛跡検出     器として、MSGCの開発を開始。IC製作技術を使用。

      (放電によるストリップの損傷の問題解けず)

1994年 その後、MGWC(Micro Gap Wire Chamber)の開発し本実験に使用。

プリント基板技術の使用。しかし、ワイヤーの使用に逆戻り。

1997年 CERN COMPASS実験(NA58)が採択されCOMPASS実験のSAT      (Small Area Tracker)として、

      ・GEM(CERNグループ)

        (当初はMSGCとの組み合わせを検討。後にマルチGEMになる。)

      ・MicroMEGAS(Saclayグループ)

       などを開発し、実験で使用。(2002年からの本実験で動作中)

   ちなみに、COMPASSでは、日本グループ(山形、宮崎、中部大学、KEK、、(名古屋))はSciFi(シンチレー ションファイバー)トラッカーの開発に従事。

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


Mgwc micro gap wire chamber
MGWC (Micro Gap Wire Chamber)の開発

(性能)

サイズ:30×10cm2

アノードワイヤー:0.5mm間隔

      (ワイヤー径:12μm)

カソードストリップ:1mm間隔

ギャップ間隔:50μm

レート:1×104/mm2/s以上

NIM A481 (2002) pp.166-173.

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


Compass spectrometer

Beam:160 GeV μ+

2 . 108 µ/spill (4.8s/16.2s)

Muon filter 2

MWPCs

ECal2 & Hcal2

~50m

SM2

Muonfilter 1

ECal1 & Hcal1

RICH

GEM & MWPCs

SciFi

SM1

GEM & MWPCs

Silicon

SciFi

Scintillating

fibers

  • Polarization:

  • Beam: ~80%

  • Target: <50%>

GEM & Straws

Micromegas &Drift chambers

偏極ターゲット

COMPASS spectrometer

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


Micro pattern gaseous chambers at compass
Micro Pattern Gaseous Chambers at COMPASS

GEM (Munich,CERN)

MicroMegas (Saclay)

  • 40 planes, 30cm x 30cm

  • two dimensional read-out

  • spatial resolution ~50 mm

  • time resolution ~ 12 ns

  • efficiency ~ 96 – 97%

  • 12 planes, 40cm x 40 cm

  • High flux (300 kHz/strip)

  • spatial resolution ~70 mm

  • time resolution ~ 8 ns

  • efficiency ~ 96 – 97%

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


Micromegas miromesh gaseous structure
MicroMEGAS(MiroMEsh Gaseous Structure)の原理

・プリント基板技術

・工業用金属メッシュ板

を使用。

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


宮崎大学での開発

  • MGWCを用いたX線検出器の開発を開始。

       (しかし、ワイヤー間隔0.5mmが限界。製作が面倒)

  • COMPASS実験でGEMとMicroMEGASがうまく走っている。

  • GEM基板は製作が容易でない。(CERN製しかうまくいかないようだ)

  • MicroMEGASは、工業用の金属メッシュを買えば使える。

  • MGWCのワイヤーを金属メッシュに置き換えるだけで、MicroMEGASになる。->宮崎でもできそう。

  • 当面、X線トポグラフィーの2次元X線検出器としての開発をめざす。

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


Micro mesh
今回使用したMicro-Meshはどんなものか?

  • ニッケル製

  • 500ワイヤー/インチ

  • 透過度60%

  • ワイヤー径 0.00045インチ

  • 穴のサイズ0.00155インチ

    一般にはフィルターとして使

    われるもののようだ。

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


宮崎大学の検出器の構造(1)

ガスはアルゴンとジメチルエーテルの混合ガスを使用

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


宮崎大学の検出器の構造(2)

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


テスト実験の構成

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


・ガス混合比、印加電圧を変えて、X線源を使用してのテストを行った。

・5.9keVのX線エネルギーに対するピークを確認した。

・使用ガス:アルゴン+DME

信号測定

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


信号スペクトルの変化

メッシュ電圧を変化

DCP電圧を変化

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


パラメーターを変えての

増幅率、

エネルギー分解能

信号増幅率(ρ固定)

  • 電界比 ρ=Ea/Ed

    Ea : 増幅電界、Ed:ドリフト電界

エネルギー分解能(ρ変化)

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


Megas

specimen

Slit S2

Slit S1

plate

CuKα1

monochromator

マイクロMEGASのX線物質表面観察法への応用

 例えば、X線トポグラフィーによってシリコン結晶表面の格子間隔

の歪みを極めて精度良く測定できる。このX線検出器として、マイク

ロMEGASを使用することを考える。

 使用するX線のエネルギーも8keV程度で適当である。

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発


(まとめ)

  • MGWCを改造したマイクロMEGASで“あり合わせ”の条件で信号を見た。

  • まだまだエネルギー分解能など悪し。

  • さらに安定した信号検出の条件の追求。

    (今後)

  • シミュレーションと設計

  • 2次元パターンプリント基板の作成とテスト

    (現在は、基本的に1次元)

  • 信号読み出し回路の製作

  • 2次元X線画像の検出テスト

  • 資金の獲得

マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発