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Report on DIRC Radiator

Report on DIRC Radiator. April 2011. Y. Horii, Y. Koga, N. Kiribe. Contents. DIRC NOTE 40 (1996) H. Kawahara’s Report (1996) DIRC NOTE 82 (1997) SLAC-PUB (1997) SLAC-PUB (1997) DIRC NOTE 130 (2000) DIRC NOTE 132 (2000) DIRC NOTE 140 (2000) SLAC-PUB (2001) NIM (2003). 堀井 古賀 桐部.

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Presentation Transcript

  1. Report on DIRC Radiator April 2011 Y. Horii, Y. Koga, N. Kiribe

  2. Contents • DIRC NOTE 40 (1996) • H. Kawahara’s Report (1996) • DIRC NOTE 82 (1997) • SLAC-PUB (1997) • SLAC-PUB (1997) • DIRC NOTE 130 (2000) • DIRC NOTE 132 (2000) • DIRC NOTE 140 (2000) • SLAC-PUB (2001) • NIM (2003) 堀井 古賀 桐部

  3. 1. DIRC NOTE 40 (1996) Blue at 442 nm UV at 325 nm

  4. Bulk transmission Quartzを透過したレーザーの強度 結果 良い透過率 セットアップ （スキャン可） 若干の位置依存性 曲がった光路の可能性（端の方）

  5. Surface reflectivity レーザーの内部表面反射率 透過率をxとすると、 測定したI0-4を用い、xを求める。 セットアップ I0-4を測定 結果 反射率> 99.9% 表面粗さ ~ 10Å

  6. RTV coupling RTV: 接着用ゴム RTVによる影響を知りたい。 RTVの屈折率がQuartzと違い、 Windowが傾くと、経路が変わり得る。 セットアップ 結果 図は、空白。文字のみ： ”No appreciable angular distortion”

  7. 2. H. Kawahara’s Report (1996) QuartzのSquarenessやStraightness、ミラーの角度などの影響をMCシュミレーションで見積もる。 結論としては・・・ non-squarenessの影響が最も顕著で、補正できない効果として現れる。 他の影響に関しては無視できる。また、補正が可能。

  8. Particle Track ←角度の取り方 ・MCシュミレーションでβ=1の粒子から出るチェレンコフ光のnominal angle とreconstructed angleを比較 δθcのmean値とRMSをParticleTrackの角度θtrackを横軸にして値を比較する →mean値のずれは補正可能。RMSが大きいと補正不可

  9. non-squareness ←Quartz製造(研磨)の方法から右のような形は考えにくいので、左のように直角からのずれの角度を定義 RMS η=0.5mradの時、RMS<6→ mean

  10. 表面精度 RMS<4 チェレンコフ光の反射回数に比例してRMSは大きくなる 実際の表面精度はこれより良い ミラー角度 • RMS<1.7 ξ=1.0mradのとき チェレンコフ光がミラーに行かない

  11. たるみ δ=1.0cm歪んだ時のシュミレーションをしているが、現実的ではない 効果も小さい 結論 QuartzBar のnon-squarenessの影響が最も大きい

  12. 3. DIRC NOTE 82 (1997) pre-production のQuartzBar52本の測定結果 測定項目 ・寸法 ・内部反射率 ・透過率 DIRC Note#40の 測定装置で測定

  13. 寸法 特に問題なし 透過率 特に問題なし Zygoの測定結果より良くなっていた→SLACで表面をさらに研磨したため 内部反射 #2，3で内部反射率がR<0.998 →”lobes”によるもの 47回内部反射させたレーザーの強度分布 Peak powerの15%が”lobes” 52本のうち28本に”lobes”が見られた。 このセットアップでは”lobes”があると内部反射率が正確に測定できないが、”lobes”が無いbarに関しては内部反射率も要求を満たしていた　total R=0.9996±0.0001

  14. 4. SLAC-PUB (1997) DIRCの説明とQuartzの精度についてのまとめ Quartzのサイズ 17mm 35mm 1225mm これを4つつなげて長さ4900mmのbarにする

  15. Quartzの精度の要求 チェレンコフ光の内部反射回数が数百回にもなるため、 表面精度や面と面の平行度、直角度に厳しい制限を設ける必要がある ・表面精度：0.5nm(RMS) ・平行度：25μm ・直角度：0.3mrad ・エッジ：r< 5μm 角の半径r<5μm ・吸収 325nm：1%/m 442nm:0.2%/m ・内部全反射率：0.99960±0.00006

  16. 5. SLAC-PUB (1997) DIRC NOTE 40

  17. Radiation damage • 10 krad照射後に、透過率が落ちない事を確認したい。 • Co60を用い、O(MeV)の光子を照射。 • ２つのタイプのQuartzをテスト。 • Natural fused silica: 自然の粉状のQuartzから構成。 • Synthetic fused silica: SiCl4などから合成。 結果 Natural Typesは、~10 kradで 透過率が半減。 Synthetic Typesは、O(100) krad まで問題ない事を確認。

  18. Inhomogeneities HeraeusSuprasilを用いた不均等性の確認 • 干渉によるLobes（極大部分）を見る事で、Quartzの不均一性を調査。 Ingot（素材の塊）を用いる。 レーザーを入射し、脇の点を見る。 脇の点の強度は、 典型的に真ん中の数% 結果 Quartz構成の際、Quartzを回転させている。 円の接線上に入射した時に、脇の点が発生。 端の方に入射したときは、脇の点が出ないが、 入射角度により脇の点が出なくなる位置が異なる。 Rotation of the ingot during growth plays a role in the formation of the LAYERS.

  19. 6. DIRC NOTE 130 (2000) SLAC-PUB (1997)

  20. Periodic structure • 周期的構造の有無の確認： セットアップ 顕微鏡に移る周期構造 左右に走る１本の黒いラインは、 スケールを表すためのワイヤー。 周期構造の存在が、再確認された。

  21. Comparison between QPC and Heraeus QPCでは、脇の点の強度が真ん中の点に比べO(10-4)。Heraeusの1/100。

  22. Opening angle measurement 入射と透過の角度の違いを見る事で、Layer spacingやInhomogeneity amplitudeがわかる。

  23. 7. DIRC NOTE 132 (2000) デジタル顕微鏡を使い、Quartz barの形状が維持されているか確認。 （角が損傷されていないか、表面は平らで、各面が平行／垂直かを確認。）

  24. 8. DIRC NOTE 140 (2001)

  25. Measurement of the reflection indexof EPOTEK301-2 glue ・glueで作ったwedgeにレーザーを入射し、図の距離と角度を測ることで、325,442,543,633nmでの屈折率を測定（error ±0.005） ≒3m Glueの成型 laser

  26. Fresnel reflectivity • Fresnel theoryから反射率を入射角の関数として計算。

  27. Measurement of the EPOTEK301-2/ Fused silica interface reflectivity(TE mode) ・EPOTEKで接着した石英と、接着していない石英の比を測定することで、EPOTEK301-2/fused silica面での透過率を測定 ・ EPOTEK301-2とfused silica面での反射率(relative)を測定 (a)

  28. Relative transmission &Fresnel reflectivity(TE mode) ・442nmでのEPOTEK/silica面での透過率から、 EPOTEK/silica面でのフレネル反射を計算 (TE mode) ・20°以上の入射角でFresnel theoryとの相違が みられる。（理由はわかっていない）

  29. 9. SLAC-PUB (2001)

  30. Setup for study the photon background ・粒子の軌跡を２つのscintillation counterで決める。(uncertaintyは1°) ・Pbのshieldingで≒0.4GeVのμをselection scintillation counter EPOTEK301-2

  31. Monte Carlo simulation ・DIRC NOTE 140 (2001)の実験結果をphoton backgroundのシミュレーションに使用。 ・Delta-Rayに加え、EPOTEK/silica面での反射もシミュレーションに加えると、データを説明できた。

  32. 10. NIM (2001) 「Optical properties of the DIRC fused silica Cherenkov radiator」 DIRCについてのまとめの論文。これまでのノートに書いてあるものもほぼ全てまとめられている。

  33. Radiation damage in opticalglue(EPOTEK301-2) ・EPOTEK301-2がガンマ線(Co60)70kradに耐性があることを確認。

  34. fused silica edge damage or chips ・microscopeでとったfused silica のedge ・全てのquartz bar でedge chipの総面積が 6mm^2以下という要求を満たした。 (a)A bad bar edge (b)A good bar edge

  35. 結び • 最終的に、TOPにおける時間分布の詳細を理解したい。 • そのために、Quartzの形状や内部構造の理解は不可欠。 • DIRCにおける研究は、非常に参考になる。 Arita, M. thesis 下に横たわる分布の源や、ガウス関数 の幅がデータで広い理由の理解。

  36. Backup Slide

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