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Diamond Detector as an Intense Particle Monitor

Diamond Detector as an Intense Particle Monitor. 大阪市 立 大学　山本和弘. ダイヤモンドの物性. Si, Ge と 同じ共有結合をもつ第 14 族単体元素. 放射線検出デバイスとしてのダイヤモンド. ダイヤモンドはシリコンと比べて 応答が速い 放射線耐性が高い 信号が小さい. ダイヤモンド検出器の動作原理. 基本的に半導体検出器と同じ 電子・ホール対生成． ただし，シリコンのような pn 接合ではない．. ダイヤモンド検出器. Element Six 社製単結晶 CVD ダイヤモンド

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Presentation Transcript

  1. Diamond Detector as an Intense Particle Monitor 大阪市立大学　山本和弘 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  2. ダイヤモンドの物性 Si, Geと同じ共有結合をもつ第14族単体元素 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  3. 放射線検出デバイスとしてのダイヤモンド • ダイヤモンドはシリコンと比べて • 応答が速い • 放射線耐性が高い • 信号が小さい 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  4. ダイヤモンド検出器の動作原理 • 基本的に半導体検出器と同じ • 電子・ホール対生成． • ただし，シリコンのようなpn接合ではない． 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  5. ダイヤモンド検出器 • Element Six 社製単結晶CVDダイヤモンド • 4mm x 4mm x 0.5mm • 両面をAuでメタライズ • PEEK樹脂とポリイミド被覆のケーブルでマウントと読出し • 放射線耐性が高い 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  6. Applications コライダー検出器のルミノシティモニター ニュートリノ実験のミューオンモニター 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  7. 検出器のセットアップ MUMONイオンチェンバー(IC) beam 検出器(3,4)の後ろ MUMON Si PIN PD • T2K実験のJ-PARC MUMONピットに設置 • Si PIN フォトダイオードの後ろに設置 • 電圧制御と信号処理(FADC)は地上で 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  8. 実験状況 スピルのバンチ構造 • T2K実験は2010年1月から物理ランを開始 • Run 29–38 のデータを用いて信号の線形性と安定性を評価する。 • ダイヤモンド検出器が取り付けられているチャンネルの Si PIN PD に対する相対評価。 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  9. 信号波形（6バンチ時） Run 34 Spill 1814761 Diamond Si ADC counts ADC counts time [ns] time [ns] • 6バンチ構造が明確に見えている。 • テールの振舞いは Si より良い。 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  10. 出力の線形性（6バンチ時） Deviation from fit [%] Diamond charge [pC] Si charge [pC] Si charge [pC] 非線形性は1%程度. • 6バンチの積分値の線形性 • ペデスタルはspill前後の領域を平均して計算 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  11. 長期安定性 Run 29 Run 30 Run 31 Diamond / Si charge Run 32 Run 33 Run 34 RMS/Mean = 0.75%. Si と同じレベル。 2010年1月から6月までの長期安定性 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  12. Run 38 （8バンチ時） • Run 34 (spill# 1813172) • 6 bunches • Beam power = 60kW • (~10kW/bunch) • Run 38 (spill# 2888740) • 8 bunches • Beam power = 130kW • (~16kW/bunch) • 信号波形 • 以前(Run34)に比べて、少しテールが出てきている。 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  13. Run 38（8バンチ時） Diamond charge [pC] 6バンチと8バンチで少し系統的なずれがあるように見える。 （ペデスタルの計算か？） Si charge [pC] 線形性 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  14. Run 38（8バンチ時） Run 38 だけをみると、RMS/Mean = 0.32% の安定性。 Run38 の安定性 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  15. Run 38（8バンチ時） Diamond charge [pC] Si charge [pC] イレギュラーはあるが、2%以内の非線形性。 Run 29 ~ Run 38 全体をフィットしてみると、 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  16. バイアス電圧が低い場合 テールのパイルアップが大きい。 • Run 36, 37 • Vbias = 80V 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  17. バイアス電圧が低い場合 -2- Run 36 Run 37 バイアスは十分にかける必要がある。 ただし、Run 38 で電圧を200Vに戻すと回復した。 • 時間安定性 • 徐々に信号強度が落ちていくのが見られた。 • ポーラリゼーション効果 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

  18. Summary • T2KビームラインのMUMONピットにダイヤモンド検出器を試験的に設置し、データを収集した。 • Run 34 までの6バンチ時のデータからは、線形性・時間安定性ともに、良好な動作を示した。 • Run 38 での8バンチ時のデータでは、6バンチ時と比べて、出力に少し系統的なずれが見られた。 • ただし、 Run38内での時間安定性は良好。 • バイアス電圧を十分にかけないと、信号の低下が起こることが確認された。 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会２０１１

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