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シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証 PowerPoint PPT Presentation


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シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証. 早大理工研,東大宇宙線研 A ,芝浦工大 B ,神大工 C ,横国大工 D , JAXA/SEUC E 仁井田多絵,鳥居祥二,笠原克昌,小澤俊介, 中川友進,植山良貴,九反万里恵,中村政則, 吉田圭祐,渡辺 仁規,赤池陽水 A ,吉田健二 B , 田村忠久 C ,片寄祐作 D ,清水雄輝 E ,他 CALET チーム. 13aSP-1. CALET 計画概要. CALET (CALorimetric Electron Telescope) 高エネルギー宇宙線観測装置

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シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証

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Presentation Transcript


Calet

シミュレーション計算によるCALET搭載装置の軌道上性能検証

早大理工研,東大宇宙線研A,芝浦工大B,神大工C,横国大工D ,JAXA/SEUCE

仁井田多絵,鳥居祥二,笠原克昌,小澤俊介,

中川友進,植山良貴,九反万里恵,中村政則,

吉田圭祐,渡辺 仁規,赤池陽水A,吉田健二B,

田村忠久C,片寄祐作D,清水雄輝E,他CALETチーム

JPS2012秋季大会@京都産業大学

13aSP-1


Calet

CALET計画概要

CALET (CALorimetric Electron Telescope)

高エネルギー宇宙線観測装置

ISS日本実験棟曝露部にて5年間の観測を予定

観測対象: 電子1GeV~20TeV, γ線10GeV~10TeV

原子核 数10GeV~1000TeV

International Space Station

Dark Matter

annihilation

or decay

Japanese

Experiment

Module (Kibo)

e- & e+

2gamma

Cosmic Ray Sources

electron

gamma

nucleus

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

CALET装置構成

448 cm

IMC(IMaging Calorimeter)

 シンチファイバー(SciFi)を448本ずつXY交互に積層

 間にタングステンを挿入(全8層、3r.l.)

→ 粒子の飛跡再構成

cm

TASC(Total AbSorption Calorimeter)

PWOを16本ずつXY交互に積層(全6層、27r.l.)

 → エネルギー決定、粒子識別

CHD(CHarge Detector)

 プラスチックシンチレーターを14本ずつXY交互に積層

 → 入射粒子の電荷測定

cm

320 cm

★ 高密度で放射長の短いPWOを使用

 → 高エネルギーまで高精度でエネルギー決定

★ IMCによる飛跡再構成+TASCのシャワー形状

 → 高精度で粒子識別(バックグラウンド除去)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

搭載モデル

CHD

CALET搭載モデルを模擬した構造をシミュレーションで構築

IMC

  • シンチレーティングファイバーの不感領域

  • IMC層間のハニカム構造

  • PWOの面取り構造

TASC

搭載モデルの性能検証

  • 電子の検出効率・エネルギー分解能

  • 原子核の検出効率・エネルギー分解能

  • 到来方向決定精度

  • 粒子識別性能

SciFi不感領域(クラッド)

PWO面取り構造(模式図)

IMC層間のAlハニカム

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

シミュレーション条件

  • トリガー条件

  • イベント入射条件

  •   検出器上面より一様等方入射

  • シャワー軸の幾何条件

    4種類の幾何条件でイベントを選別

幾何条件(1)

幾何条件(3)

幾何条件(4)

幾何条件(2)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

電子に対する検出効率・エネルギー分解能

  • 検出効率

電子1TeV

100%

  • エネルギー分解能

  幾何条件(1)

  幾何条件(4)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能

p

He

C

Si

Fe

  • 検出効率(high energy shower trigger)

陽子10TeV

  • エネルギー分解能(TASC4層以上で衝突)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

到来方向決定精度

  • IMCのシャワーコアを用いてシャワー軸を再構成

  • IMC下層でシャワーコアを検出

  • IMC上層の情報を加味してシャワー軸を再構成

68%

IMCで正しいシャワーコアを検出するのが困難なイベント(斜め入射、後方散乱の影響など)は、TASCの情報も使用することで、角度分解能向上

γ線100GeV

電子10GeV

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

電子/陽子識別性能

Cosmic-ray

protons

Cosmic-ray

electrons

a few electrons

/ cm2 sr day

a few electrons

/ m2 sr day

電子観測の際の陽子バックグラウンド

  • スペクトルのべき指数 :

    e:~-3.0

    p:~-2.7

  • 電子・陽子フラックス比:

  • 1:100 @ 10GeV

  • 1:1000 @ 1TeV

陽子の混入率を数%以下に抑えるためには、105程度の陽子除去性能が必要

電子1TeV

陽子2.9TeV

  • シャワー発達の違いを用いて電子識別

  • 横方向の広がり

  •  ・・ 電子 ~ 1RM (~2cm)以内に90%

  •    陽子 ~ RM以上

  • 縦方向の発達

  •  ・・ 電子 ~ TASC内で全吸収

  •    陽子 ~ TASC内吸収は4割程度

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

電子/陽子識別性能

シャワーの横拡がり

エネルギー損失比

TASCにおける横拡がりとエネルギー損失比の

相関から電子を選別

Step 3.

シミュレーションイベントを生成

― 電子:1TeV, 2.0x105イベント

― 陽子:1~1000TeV (E-2.7dE)

7.4x105イベント

トリガー条件(High Energy Shower)

→70%の陽子を除去

Step 1.

Xi  : シャワー軸中心

ΔEi,j: i層j番目のPWOの

      エネルギー損失量

入射エネルギーを推定し、電子が95%残るエネルギー範囲を選別

Step 2.

electrons

protons

Preliminary

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

電子/陽子識別性能

IMCにおける横拡がりを用いてTASCで反応した陽子を除去

IMC1層目のエネルギー損失量を用いてCHDで反応した陽子を除去

Step 4.

Step 5.

TeV領域における陽子除去能 :

~ 1.0 x 105 (電子70%取得)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

まとめ

  • 電子に対する観測性能

    • エネルギー分解能 : < 1.5% (>100GeV)

    • 陽子除去能     : ~ 1.0 x105 (@TeV)

  • ガンマ線に対する観測性能

    • エネルギー分解能 : < 3.5% (>10GeV)

    • 角度分解能     : ~0.3deg (> 10GeV)

  • 原子核成分に対する観測性能 (TASC4層以上で最初の相互作用)

― 検出効率

・ H : 19 ~ 40 % (0.1~100 TeV)

・ He : 27 ~ 50 % (0.1~100 TeV)

・ C : 43 ~ 66 % (0.1~100 TeV)

・ Si : ~ 71 % ( 1~100 TeV)

・ Fe : ~ 71 % ( 1~100 TeV)

― エネルギー分解能

・ H : 32 ~ 41 % (0.1 ~ 100 TeV)

・ He : 28 ~ 37 % (0.1 ~ 100 TeV)

・ C : 25 ~ 40 % (0.1 ~ 100 TeV)

・ Si : 30 ~ 40 % ( 1 ~ 100 TeV)

・ Fe : 20 ~ 37 % ( 1 ~ 100 TeV)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

End

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能

  • 検出効率(TASC4層以上で衝突)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

電子/陽子識別性能

幾何条件(1)

幾何条件(2)

幾何条件(4)

幾何条件(3)

JPS2012秋季大会@京都産業大学


Calet

電子/陽子識別性能

  • 混入陽子イベントの衝突位置:

  • CHD (2イベント)

  • →IMC1層目のエネルギー損失量で除去

  • IMC ( 9イベント)

  • TASC (1イベント)

  • →IMCの横拡がりで除去

CHDで衝突した陽子

IMCで衝突した陽子

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