KEK-B Linac 陽電子生成用単結晶標的の開発

30aRG-1 KEK-B Linac 陽電子生成用単結晶標的の開発東京都立大学理学部物理学科４年高エネルギー実験研究室春名　毅

研究組織 春名毅,梅森健成C,奥野英城B,金丸雄亮, 紙谷琢哉A,佐藤政則A,杉村高志A, 諏訪田剛A,浜津良輔,古川和朗A,吉田勝英D, A.P.PotylitsinE, I.S.TropinE, R.ChehabF 都立大理,KEK加速器A,KEK素核研B,KEK物構研C, 佐賀シンクロトロンD Tomsk Polytechnic UniE,LALF 2006年春学会＠愛媛

Ｂファクトリー陽電子生成用標的としてのタングステン単結晶の可能性を実験的に評価Ｂファクトリー陽電子生成用標的としてのタングステン単結晶の可能性を実験的に評価研究目的 • 高強度の陽電子源の開発 • 4GeV電子ビーム⇒タングステン単結晶 • 陽電子生成率の…①単結晶標的の厚さ依存　②生成された陽電子の運動量依存(10MeV/c･20MeV/c)　③多結晶標的との比較 • 陽電子ステーション用プロトタイプターゲットのテスト 2006年春学会＠愛媛

現在の加速器の陽電子源 重金属多結晶標的に電子ビームを照射⇒電磁シャワー中から発生する陽電子を後段で捕獲し、再加速。Ｂファクトリー入射器では、陽電子源の標的として、14mmの多結晶のタングステンが用いられ、運動量 8～12MeV/c, θ＜0.30radの陽電子を再加速している。 2006年春学会＠愛媛

単結晶標的内でのγ線生成の特徴 単結晶標的コヒーレント制動放射電子の制動放射により放出されたγ線が結晶の周期性によって干渉する。チャンネリング放射結晶軸（面）にほぼ平行に電子が入射したときに電子は螺旋運動をしながら干渉性のあるγ線を放射する。高強度のγ線⇒高強度の陽電子生成 2006年春学会＠愛媛

KEK-B Linacビームスイッチヤード KEK-B Linac(約600m) 2006年春学会＠愛媛

陽電子の運動量を選択 実験装置～10-3torr 単結晶タングステン多結晶タングステン3～18mm(3mm間隔) 2006年春学会＠愛媛

ゴニオメータと標的 e- Beam PolycrystalTungsten Single-Crystal Tungsten 2006年春学会＠愛媛

セットアップ（後方） Target 2006年春学会＠愛媛

電子ビーム エネルギー： 4GeV バンチ幅（FWHM)： 10psec 強度： 0.2nC/bunch(～109) ビームスポットサイズ（FWHM)：～1.8mm HIP加工済み11mm 実験条件 Single-Crystal 12.2mm 標的(タングステン：放射長X0=3.5mm) 多結晶標的：3～18mm(3mm間隔) 単結晶標的：2.2, 5.3, 8.9, HIP11, 12.2mm結晶軸：<111> ①HIPによって結晶がダメージを受けていないか②ビームの入射方向によって結晶軸は変わらないか陽電子ステーションにおいてターゲットを冷却する為の加工 ※HIP:熱間等方圧加圧法(High Isostatic Pressing) 2006年春学会＠愛媛

14.2mm 12mm 8.9mm 陽電子強度 On-Axis(Peak) 5.3mm Off-Axis 2.2mm 回転(mrad) 実験結果(Rocking Curve):20MeV/c ビーム軸に対して結晶軸を回転して、陽電子強度を測定。⇒陽電子強度の角度依存がわかる。 FWHM Enhancement=On-Axis/Off-Axis ※ Off-Axisの陽電子生成量は、多結晶標的の陽電子生成量と同等ということは、実験的に確かめられている。 2006年春学会＠愛媛

Enhancementと Rocking Curve の半値幅 ＨＩＰターゲット Enhancement：On-Axis/Off-Axis HIPターゲット 2006年春学会＠愛媛

陽電子生成量の厚さ依存性 約11% 約16% 10MeV/c 20MeV/c 縦軸は電子1個が標的に入射した時に、陽電子が検出器に届く確率。⇒シミュレーションから算出陽電子の運動量が低い方が、ターゲットの厚いところで、強度がピークになる。 2006年春学会＠愛媛

まとめと結論 • KEK Linacで陽電子の強度を上げる実験を行った。 • 単結晶による効果は、多結晶に比べて10MeV/c⇒約11%20MeV/c⇒約16% • HIP加工をしても単結晶はダメージを受けないことが確認された。 • Linacでは、陽電子ステーションから出てくる8～12MeV/cの陽電子を、再加速させている為、最適な厚さは約14mmである。 2006年春学会＠愛媛

今後の予定 夏に向けて、KEK-B Linacの陽電子ステーションに単結晶タングステン標的を実装する準備をする。 KEK-B Linac 陽電子ステーション陽電子ステーションの模型 2006年春学会＠愛媛

おしまい 2006年春学会＠愛媛

Detector Lead-Glass Cherencov Counter e+ Lucite Cherencov Counter PMT×4 2006年春学会＠愛媛

データの取得 Beam Current Monitor 2006年春学会＠愛媛

Γ x0 ロッキングカーブのフィッティングビーム軸に対して結晶軸を回転して、陽電子強度を測定。⇒角度依存がわかる。陽電子強度 B Single Lorentzian 垂直方向の回転(mrad) 2.2・5.3mm⇒Double Lorentzianでフィット結晶標的の厚さ 8.9・HIP11・12・14.2mm⇒Single Lorentzianでフィット 2006年春学会＠愛媛

Geant4によるシミュレーション 単結晶の位置から標的の位置から、陽電子を一様に分布させた。0≤θ≤0.080≤Φ≤2π0.9P0≤Pe+≤1.1P0 非結晶の位置から 2006年春学会＠愛媛

Off Axisは本当にAmorphousか!? Off-Axisは、Amorphousと同等と言える。 2000年9月に実験 2006年春学会＠愛媛

Rocking Curve of HIP Target e- e- 2006年春学会＠愛媛

Peak Position 結晶軸のビームの入射方向依存Ｖ軸は変化しないが、Ｈ軸は反転する。結晶軸がビーム入射方向（前後）に依存しない。 2006年春学会＠愛媛

Gaussianの積分: 変数変換 Error Function: フィッティング関数 p1:Normalize p2:σ 2006年春学会＠愛媛

2.2ｍｍ 5.3ｍｍ結果 p0:Back Ground p1:Normalize p2:σp3:Target Position (-) p4:Target Position (+) 2006年春学会＠愛媛

結果 8.9ｍｍ 12ｍｍ 14.2ｍｍ p0:Back Ground p1:Normalize p2:σp3:Target Position (-) p4:Target Position (+) 2006年春学会＠愛媛

ビームスポットサイズ結論 • σ=0.74±0.11mm • FWHM 8.9mm 2.2mm 14.2mm 12mm 5.3 2006年春学会＠愛媛

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