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ガス検出器大型化へ向けた 分割 μ-PIC 開発の現状

ガス検出器大型化へ向けた 分割 μ-PIC 開発の現状. 京大理 理研 A ISAS/JAXA B 澤野達哉 谷森達 窪秀利 身内賢太朗 株木重人 岸本祐二 Parker Joseph 黒澤俊介 岩城智 谷上幸次郎 東直樹 中村輝石 松岡佳大 上野一樹 A 高田淳史 B. もくじ. 動機 気球実験と検出器大型化 実験装置 　分割 μ-PIC の利用 結果 　分割 μ-PIC ２ 枚組込み TPC の動作実証 まとめ. 電子飛跡検出型コンプトンカメラ. ガス検出器 : 散乱体 反跳電子の飛跡と Energy. 光子毎にコンプトン散乱再構成

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ガス検出器大型化へ向けた 分割 μ-PIC 開発の現状

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  1. ガス検出器大型化へ向けた分割μ-PIC開発の現状ガス検出器大型化へ向けた分割μ-PIC開発の現状 京大理理研AISAS/JAXAB 澤野達哉 谷森達窪秀利身内賢太朗 株木重人岸本祐二Parker Joseph 黒澤俊介岩城智谷上幸次郎東直樹中村輝石 松岡佳大上野一樹A高田淳史B

  2. もくじ 動機 気球実験と検出器大型化 実験装置 　分割μ-PICの利用 結果 　分割μ-PIC２枚組込みTPCの動作実証 まとめ

  3. 電子飛跡検出型コンプトンカメラ • ガス検出器: 散乱体 • 反跳電子の飛跡と Energy 光子毎にコンプトン散乱再構成 1光子 → 到来方向＋Energy α角を用いたbackground除去　 S/N比 COMPTELの10倍 広視野 ~3str • シンチレーションカメラ : 吸収体 • 散乱γ線の吸収点と Energy μ-PIC+GEM

  4. 気球実験SMILE Sub-MeV gamma-ray Imaging Loaded-on-balloon Experiment

  5. POSTSMILE-I A.Takada et al. JPSJ (2009) SMILE-Iの成果 大気ガンマ線・宇宙拡散ガンマ線観測 レベルフライト3時間で~400 光子検出 SMILE-II,IIIへの課題 検出感度の向上 ガス検出器の大型化　　　　本講演 　ガスStudy(CF4,1.4atm)2010 年次 21pBE-8 (高橋) 　シンチレータの大型化　　　2010 年次 20pBP-2 (東) 低消費電力化 読出し回路の改良　　　　　2010 年次 20aBE-1 (岩城) 11pSG-11岸本講演 SMILE-I放球の様子 2006年9月＠三陸

  6. 400μm μ-PIC(Micro Pixel Chamber) ピクセルのピッチ 400 μm 典型的ガス利得 ~ 3000 ガス利得安定性 (ガス交換なし) >1か月 @ ガス利得 ~ 6000 検出面サイズ (10cm)2, (30cm)2 20cm 10cm • ⇒Connectable Type • (20cm)2

  7. 分割μ-PICdebut in 2009 検出面が端詰め 単体：(20cm)2 ４枚で(40cm)2 40cm ~2.6mm 接合部の設計値 ~0.2mm

  8. 分割μ-PIC これまで （１０ｃｍ）２ μ-PIC 1枚単体での動作試験 (Ar:C2H6 90:10, 1 atm) ガス利得 ~1300 @ 480 V 放電 > 500 V ガス利得の一様性 9.3 % @ RMS Ｇａｓ　Ｇａｉｎ （2009 JPS秋季大会澤野講演） (20cm)2 分割μ-PIC μ-PIC Anode [V] Ｇａｓ　Ｇａｉｎ Ｇａｉｎ～１３００＠４８０Ｖ ＲＭＳ: ９．３％ 単体での動作試験には成功 (10cm)2より低電圧で放電などの問題

  9. Manufacturingproblem アノード中心にずれがあった ⇒(20cm)2μ-PIC製造法固有の問題 製造法を改良した製品 (2010年8月末に納品) プロトタイプ 改良前 改良後 製法の見直しで今後どんなサイズでも精度よく ⇒放電耐性やGain一様性の向上が期待

  10. 実験の目的 μ-PIC(プロトタイプ)２枚を並べた試験  TPC with GEM ガス利得 > 15000 ガス利得一様性 比較対象 (30cm)2：16.7 % @RMS ミューオントラッキング  接合境界付近で飛跡点分布の調査

  11. Setup GEM １枚 サイズ：20cmx20cm 孔径：90μm ピッチ：140μm 厚さ：50μm 材質：Cu/LCP/Cu μ-PIC ２枚 (20cm)2分割μ-PIC ガス Ar:C2H6（90:10） 1atm 封じ切り E 有感領域 440mm 10.6cm 5mm 640mm 接合部 TPC外観

  12. Gain curve Gas Gainfor 2 μ-PICs Gain ~19000 μ-PIC : 470 V ΔGEM : 300 V Edrift : 300 V/cm ●2009年＠1枚 ●2010年＠2枚 Effective Gas Gain Spectrum Summation for 2 μ-PICs Am-241 59.5keV Counts μ-PIC Anode Voltage [V] 全領域では1枚での結果と一致 Charge [ADU]

  13. Gain uniformity • μ-PIC : 460 V • ΔGEM : 300 V • ＠RMS • μ-PIC#1 : 12% • (12.7%in 2009) • μ-PIC#2 : 29% • ＠peak-to-peak • 個体間で~２倍 • 個体内で~２倍 μ-PIC#1 μ-PIC#2 Preliminary! μ-PICの個体差 μ-PICの「そり」による引き込み電場の不均一　を示唆

  14. 分割μ-PICにみられた「そり」 角に比べて切れ端の中央付近で~ 1 mm隆起 GEM=μ-PIC間 ~5 mmに対して小さくない 「そり」の軽減へ 中継基板を厚くするなどの対策を検討中

  15. Cosmic muon tracking Example of muon track Clock [ADU] プラシン + PMT(HPK H7195) Vessel 初めてμ-PIC2枚をまたぐ 飛跡の取得に成功！ TPC

  16. Drift velocity Drift Time Distribution Gas: Ar:C2H6(90:10) 1 atm E:300 V/cm Height: ~ 10.6 cm Measured 4.29±0.24 cm/μs Magboltz 4.273±0.006 cm/μs Fitted with : Counts 2.47±0.04[μs] Drift Time [ x 10 ns] シミュレーション結果と無矛盾

  17. 飛跡点の計数分布 「そり」がある分、境界の電子を 収集していることを示唆 μ-PIC #2 「そり」あり μ-PIC #1 計数 境界側から数えたストリップ番号 最も端のストリップでは計数が落ち込み ガス利得の調整で2枚の計数率を合わせ、より定量的な評価へ

  18. Summary (20 cm)2分割μ-PIC２枚+GEM 動作実証(Ar:C2H6 90:10, 1 atm) ガス利得：< 19000 一様性：12%(#1), 29%(#2)@RMS 2枚をまたぐミューオンの飛跡検出  飛跡点の計数分布を確認 今後の課題  電極構造が改良された(20cm)2μ-PICの諸性能  境界付近での電子収集効率の定量的評価 GEMの大型化 ＞2week での安定性

  19. ご清聴ありがとうございました

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