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フェルミ研ドレル・ヤン実験のための ドリフトチェンバー製作と性能テスト

フェルミ研ドレル・ヤン実験のための ドリフトチェンバー製作と性能テスト. Fabrication and A Test of New Drift Chamber for Drell-Yan Experiment at Fermi National Accelerator Laboratory. 東工大理，理研 A ，理研 BNL 研究センター B ， KEK C ，山形大理 D 宮坂翔，柴田利明，竹谷篤 A ，中野健一 A ，後藤雄二 A ， B ，澤田真也 C ，宮地義之 D ， 他 SeaQuest Collaboration. 内容.

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フェルミ研ドレル・ヤン実験のための ドリフトチェンバー製作と性能テスト

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Presentation Transcript

  1. フェルミ研ドレル・ヤン実験のためのドリフトチェンバー製作と性能テストフェルミ研ドレル・ヤン実験のためのドリフトチェンバー製作と性能テスト Fabrication and A Test of New Drift Chamber for Drell-Yan Experiment at Fermi National Accelerator Laboratory 東工大理，理研A，理研BNL研究センターB， KEKC，山形大理D 宮坂翔，柴田利明，竹谷篤A，中野健一A，後藤雄二A，B，澤田真也C，宮地義之D， 他SeaQuest Collaboration

  2. 内容 • FNAL-E906実験 （SeaQuest）とは • ドリフトチェンバーの構造 • 試作機を使ってのテストとその結果 • まとめ

  3. FNAL-E906実験 (SeaQuest)とは • FNAL (フェルミ国立加速器研究所）で、120 GeV陽子ビームを用いて行う実験。 • 2010年6月にビームタイム開始 • ドレル・ヤン過程（　　　　　　　　　 　　）を用いて、陽子内のSeaクォーク分布のフレーバー非対称度（　　　　　非対称度）を大きいx (Bjorken x)　まで測定する。 • E866 : 0.015＜x＜0.35 (P: 800GeV ) • E906 : 0.1 ＜ x ＜0.45 ( P:120GeV) E906実験で予想される統計精度 μ＋ 陽子ビーム γ q q 核子標的 （陽子、中性子） μ－ ドレル・ヤン過程

  4. ドリフトチェンバーの構造 日本グループは Station1からStation4までの飛跡検出器のうちのひとつ、Station3の大型ドリフトチェンバーを製作した。 St.1 St.4 St.2 St.3 Target Mag2 Mag1 • フレームの大きさ： 1.9 m（ワイヤー方向） ×3.5 m • 有感面積 ： 1.7 m（ワイヤー方向） ×2.3 m • センスワイヤー面は６面 • U(+14゜)、U’(+14 ゜)、 X(0 ゜)、X’(0 ゜)、 V(-14 ゜)、V’(-14 ゜) • 検出するミューオンは、マグネットにより横方向に曲げられるので、ワイヤーは縦方向に張られている。 • 目標とする分解能は水平方向 400 μm、鉛直方向は 1mm • 使用するガス : アルゴン‐エタン(50%‐50%) P.beam active area 2.3 m 1.7 m 1.9 m 3.5 m V’ V X’ X U’ U

  5. Guard Wire (φ80μm ) ミューオン（ほぼ垂直） Sense Wire (φ30μm ) • セル構造：2 cm 四方の四角形構造。 • フィードスルー方式 Field Wire (φ80μm ) Cathode Wire (φ80μm ) 2 cm 2 cm

  6. 試作機を使ってのテスト

  7. 試作機（テストチェンバー） • 本チェンバーと比べて、ワイヤー長やセル構造、センスワイヤー面の構造は同じだが、幅が5分の1である。 • ガスは現在、P10ガス（アルゴン 90% : メタン 10% ）を用いている 1.7 m 試作機（テストチェンバー）＠東工大 本チェンバー＠理研

  8. 試作機（テストチェンバー）の目的とテスト内容試作機（テストチェンバー）の目的とテスト内容 ＜テスト内容＞ • チェンバーからの raw signal を見る • ガスゲインを測定し、シミュレーション結果と比較する • ワイヤーのヒット位置依存性を測定する。 • 検出効率の測定 • 位置分解能の評価 ＜目的＞ • 長いセンスワイヤーが信号に与える影響を評価する。 • 増幅器のプロトタイプのテスト 　　　　　　　⇒ 現在テストを進めている

  9. Raw signal • チェンバーのX 面の1本のセンスワイヤーからの raw signal を読み出した。 150 ns • 線源：Am241（γ線源　60 keVのγ線） • HV設定 • U,U’面のフィールド、カソードワイヤー = －2100 V • X,X’面のフィールド、カソードワイヤー　 = －2550 V • V,V’面のフィールド、カソードワイヤー = －2100 V • ガードワイヤー = －1200 V • オシロスコープのインピーダンス＝ 50 Ω 30 mV なるべく大きい Signal を観測するために、Raw signal を読み出す X 面 のHVの値を大きくした。（X,X’面のHV の値は共通） 信号が確認出来たので、この信号を使ってガスゲインを求める

  10. ガスゲインの測定 • raw signal からガスゲインの値を求める。 • その結果をシミュレーション結果と比較することにより、ドリフトチェンバーのガスゲインが設計通りであることを確認する。 ＜ガスゲインの求め方＞ • Am241（γ線源）からの raw signal の波形を積分することにより総電子数を求め、それを初期電子数で割ることによりガスゲインを求めた。 　ガスゲイン＝ Am241からのγ線のエネルギーは60 keV であり、このエネルギーは幅2 cm のセルの中に 60 keV 全て落とされるので • 　初期電子数＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　 総電子数 初期電子数 アルゴンのW 値 W = 26 eV / electron メタンのW 値 W = 28 eV / electron 60 keV P10 ガスのW値

  11. ガスゲインのシミュレーションとの比較 • HV を50 Vずつ変化させ、各 HV の値に対して10回ずつガスゲインを計測し、グラフにした。 傾き Garfield・・・7.1833 測定結果・・・ 5.32407±2.77248 赤丸は10 イベントの平均値、 エラーバーは10 イベントの分散 シミュレーションの結果とほぼ一致した。 ドリフトチェンバーのガスゲインは設計どおりであることが確認できた。

  12. ワイヤーのヒット位置依存性（　　　　） • 放射線が、長さ1.7mのワイヤー上のどこにヒットしたかによって、シグナルの形状がどのように変化するかを測定する。 • 線源 ： Cs137 （γ線源　667 keV のγ線を出す　主としてコンプトン散乱）　　 ① の位置に線源を置いたときの信号 ②の位置に線源を置いたときの信号 300 ns 300 ns 60 mV 60 mV ③の位置に線源を置いたときの信号 200 ns ③ ② ① 50 mV 読み出し側 線源が読み出し回路に近い側にあるときは、信号の立ち上がりが遅く、読み出し回路から遠ざけていくにつれて信号の立ち上がりは速くなり、形はギザギザになり、鋭くなっていく。

  13. ワイヤーのヒット位置依存性（　　　　） • 線源 ： Am241 （γ線源　60 keV のγ線を出す　主として光電効果）　　 ① の位置に線源を置いたときの信号 ②の位置に線源を置いたときの信号 80 ns 80 ns 20 mV 30 mV ③の位置に線源を置いたときの信号 ③ 80 ns ② ① 30 mV 読み出し側 • 線源が読み出し回路に近い側にあるときは、信号の立ち上がりが遅く、読み出し回路から遠ざけていくにつれて信号の立ち上がりは速くなり、形はギザギザになり、鋭くなっていく。 • これは Cs137 の場合と同じである。 • この信号の変化の原因を現在探っている。 • Fe55 ( X線源 ), Sr90 (β線源 ) での測定も今後行う。

  14. まとめ • FNAL-E906実験 (SeaQuest ) は 120 GeV 陽子ビームを用いた、ドレル・ヤン過程( )の実験 • 陽子内のSeaクォーク分布を求める • 新規に大型のドリフトチェンバーを設計・製作した • 試作機を使ってraw signal を観測した • ガスゲインを測定した 　　　　⇒シミュレーションの値とほぼ一致した • 長いセンスワイヤーが信号に与える影響を評価した 　　　　⇒線源の位置によって信号が変化。原因は現在究明中 • 今後の展望 • 検出効率を測定する • 位置分解能を評価する • 増幅器のテスト

  15. FNAL-E906( SeaQuest ) Collaborators • アメリカ合衆国 • 台湾 • 日本 • 東京工業大学 　　　柴田利明、中野健一、水頭慎一、 　　　　宮坂翔、竹内信太郎 • 理研、理研BNL研究センター 　　　後藤雄二 • 理研 竹谷篤 • KEK 　　　澤田真也 • 山形大学 　　　宮地義之

  16. Backup slides

  17. スペクトロメータ Station 3 Station 4 Station 2 Station 1 Target Magnet1 Magnet2 Proton beam • Target・・・・液体水素、液体重水素、原子核．．． • Magnet1・・・・不変質量と運動量の大きいミューオン対を集める働きがある。中心にある鉄はビームダンプとハドロン吸収体の役割をする • Magnet2・・・・ミューオンの運動量を決定するための分析磁石 • Station1,2,3・・・・ドリフトチェンバー。ミューオンの飛跡を検出 • Station4・・・・ハドロン吸収体及びドリフトチューブ。MuIDの役目 • 全てのStationにトリガー用のホドスコープがある。 日本グループはStation 3のドリフトチェンバーを製作した

  18. Station3 の Layout St.3に求められる性能⇒有感面積3.2m（ワイヤー方向）×2.0m 2.2m St.3+ 1.7m Station3 active area 0.1m 1.7m active area St.3- 1.8m

  19. 目的 ＜ Station3のLayout ＞ • Station3の上半分のドリフトチェンバーを新規に設計・製作した • 試作機を使って、新規に制作したドリフトチェンバーの性能を評価する • ガスゲイン、位置分解能など • ワイヤーが長い⇒ワイヤーヒット位置依存性が重要 • これまでの測定結果を報告する 2.2 m 1.7 m 新規のDC 0.1 m 古いDC 1.7 m 1.8 m

  20. ドリフトチェンバーの現状 • 3/5に理研に搬入 • アルゴン(50%) : エタン(50%) ガスを搬入より1ヶ月前から流し続けている • 3/13から低めのHVを印加し続けている（フィールド、カソードワイヤー : -1.5 kV,ガードワイヤー : -0.5 kV） • Fe55,Sr90の線源を使って、生シグナルを見た。 • 4月下旬にFNALへ移動予定

  21. 今後の予定

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