1 / 28

J-PARC における K 中間子深束縛核探索実験 (E15 実験 ) のための TGEM-TPC 開発

J-PARC における K 中間子深束縛核探索実験 (E15 実験 ) のための TGEM-TPC 開発. 東京工業大学　徳田　真. for the J-PARC E15 Collaboration.

lucio
Download Presentation

J-PARC における K 中間子深束縛核探索実験 (E15 実験 ) のための TGEM-TPC 開発

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. J-PARCにおけるK中間子深束縛核探索実験(E15実験)のためのTGEM-TPC開発J-PARCにおけるK中間子深束縛核探索実験(E15実験)のためのTGEM-TPC開発 東京工業大学　徳田　真 for the J-PARC E15 Collaboration 徳田真,味村周平A,G.BeerB, H.BhangC, M.BragadireanuG,P, P.BuehlerD, L.BussoE,F, M.CargnelliD, S.ChoiC, C.CurceanuG,橋本直J,早野龍五J,平岩聡彦I,飯尾雅美L, M.IliescuG, 井上健太郎H, 石川隆J, 石元茂M,石渡智一J, 板橋健太L, 岩井正明M, 岩崎雅彦,L, P.KieleD,N, 康寛史, J.MartonD, 松田恭幸O, 溝井浩K, O.MorraE,永江知文I, 野海博之A,大西宏明L,岡田信二G,應田治彦L, D.PietreanuG,佐田優太I,坂口篤志H, 佐久間史典L,佐藤将春J,関本美知子M, D.SirghiG,P, 鈴木謙D,鈴木祥二M,鈴木隆敏J, 竜野秀行J,友野大L,豊田晃久M,塚田暁L,山崎敏光J,L,H.YimK, J.ZmeskalD 東工大理,阪大RCNPA,Victoria大B,ソウル国立大C,SMID,INFN-TorinoE,Torino大F, INFN-LNFG,阪大理H,京大理I,東大理J,大阪電通大K,理研L,KEKM,ミュンヘン工大N, 東大教養O,IFIN-HHP

  2. J-PARCにおけるK中間子深束縛核探索実験(E15実験)のためのTGEM-TPC開発J-PARCにおけるK中間子深束縛核探索実験(E15実験)のためのTGEM-TPC開発 • バーテックス検出器(TGEM-TPC)について • TPC読み出し用増幅器TGEMの開発 • TGEM-TPCの開発状況 • まとめ

  3. バーテックス検出器(TGEM-TPC)

  4. E15実験に用いるCDS位置分解能向上 のためのバーテックス検出器 ・ビーム軸方向位置分解能(σ)1mmのバーテックス検出器を開発 ・設置箇所：飛跡検出器群CDSの最も内側 ・ CDS全体のビーム軸方向位置分解能(σz)：6mm→2mm Z-Vertex Chamber 14 12 10 8 6 4 2 0 sz[mm] 2m 10-1 1 10 102 ZVC z-resolution[mm] CDS : Cylindrical Detector System L→pp-崩壊に対するビーム方向位置分解能

  5. バーテックス検出器の設計 ~500mm 筒状のTPC(Time Projection Chamber)型検出器 荷電粒子 P10ガス(Ar:CH4=9:1) 増幅器 フィールドケージ R/O pad f280mm f170mm ドリフト電子 等電位線 Padに より位置 が決まる R/O フィールドケージ 磁場 drift length ~300mm (ビーム軸方向) ドリフト時間から距離を測定 フィールドケージ R/O 読み出し回路(全体で2cm) プレアンプ(タイミング読み出し) 読み出し前の増幅器 一定の電場勾配を形成 電離電子をドリフトさせる(R/Oへ) ビーム軸方向＝ドリフト方向 読み出し領域が狭いためワイヤーを張るのは困難→TGEMを用いる

  6. TGEMの開発

  7. ガス増幅器TGEM(Thick-GEM)について GEM(一般的なfoil-GEMは50mm厚) 無数の小さな孔を持つ両面に電極(銅箔)の付いた絶縁体 電極間に高い電圧をかける事でガス増幅を起こす TGEM(〜400mm厚)の特徴 ・単体で増幅機能を持つため、設置するだけで使える ・通常の回路基板技術をもちいて作製する事が出来る ・構造体に対し、有感面積が広くとれる TGEM@RIKEN TGEM断面図と電気力線 電子雪崩 増幅 孔径：300mm 厚さ:400mm DVGEM~1kV Garfieldによるシミュレーション

  8. TGEMの開発 TGEMテスト実験 ・増幅度測定：104以上で動作するか？ ・長期間動作測定：安定かどうか？ 大きさ10cm×10cmのTGEM作製 55Fe 10cm 10cm drift mesh 11mm TGEM TGEM 1 Double GEM setup 2mm P10 gas flowing 1 atm TGEM 2 2mm R/O pad 出力 X線 test chamber 電子 ΔVGEM ΔVGEM 開発途上の技術であるため、 数種類のパラメーターを変えた TGEMを作製し、その性質を調べる

  9. TGEMの種類 TGEMの構造 孔径 厚さ 400mm 200mm 300mm 500mm 放電防止の加工 Rim構造 高抵抗極板 Rimの大きさ(30,50,100mm) Hybrid-TGEM Carbon-TGEM Cu C C C

  10. TGEMの種類 開発しているTGEM(林栄精器(株)に設計、東海電子(株)で作成) 極板の大きさは全て10cm×10cm

  11. TGEMの種類 開発しているTGEM(林栄精器(株)に設計、東海電子(株)で作成) 孔径：300mm、厚さ：400mmが高い増幅度 Carbonは現在study中 極板の大きさは全て10cm×10cm No 3、5、10について増幅度のグラフを次に示します

  12. TGEMの増幅度 Cu w/Rim 30mm Hybrid-TGEM Cu non Rim Cu C Hybrid-TGEM 55Fe 必要な増幅度 TGEM 1 ΔVGEM w/Rim 30μm Cu non Rim TGEM 2 ΔVGEM R/O pad 放電防止の処理により、増幅度104以上で安定に動作

  13. 長時間動作実験(rawデータ) 30μm Rim TGEM gain=2.5×104 DVGEM up gain=1.0×104 10日 5日 線源を外したため、信号がないだけで、問題は無い Hybrid-TGEM gain=2.5×104 DVGEM up gain=1.0×104 10日 5日 15日 20日 25日 30μmRim-TGEM、Hybrid-TGEMどちらも 増幅度104以上で長時間動作することを確認した

  14. 長時間における増幅度の安定性(P/T補正) 30μm Rim TGEM P/T以外の時間依存性 Rimによって生じるチャージアップ 不安定動作か？ gain=2.5×104 HV up 5日 10日 初め数時間で急激に下降し、 あとは緩やかに下がっている Hybrid-TGEM HV off type4 → type2 HV on gain=2.5×104 HV up 5日 10日 15日 20日 25日 Hybrid-TGEMでは高い増幅度で安定動作することが確認出来た （20%以内/週間、5%以内/日の安定性）

  15. TGEM-TPCの開発状況

  16. 500mm 実際のTGEM-TPC R/O pad size 4mm×20mm Field Cage HV connector 300mm 28 cm R/O Gas connector pad数 4×4×9=144 TGEM field cage • FPC基盤 • 8mm strip • 10mm pitch • double sided 8mm 2 cm 10mm

  17. 500mm TGEM-TPCの現状 Field Cage HV connector 300mm 15mV Gas connector ・ TGEM-TPC本体組立完了 ・フィールドケージの高電圧印可 テスト終了。10kVまで印可 ・９角形TGEMにより、TPC内で 各パッドで線源の信号検出 55Fe線源の各パッドでの信号(プリアンプアウト)

  18. まとめ • CDS位置分解能向上のためTPCを開発 • 開発したTGEMは十分に使える 　　　増幅度104以上で長時間動作する事を確認 　　　20%以内/週間、5%以内/日で安定動作を確認 • 線源を用いてTGEM-TPCによる信号を確認 これから • 宇宙線、線源、ビームを用いたテスト実験によるTGEM-TPCの性能評価

  19. ご清聴ありがとうございました

  20. Back up

  21. J-PARC E15実験 Formation Decay K−pp束縛状態の存否を決定的なものとする ・生成反応による前方中性子のTOFによるミッシングマス測定 ・ K−pp→Lp崩壊の終状態からのK−ppの不変質量を再構成 3He K- K-pp cluster neutron Missing mass Spectroscopyvia neutron Decay Invariant mass reconstruction E15実験detector setup Mode to decay charged particles Neutron ToF Wall p Cylindrical Detector System L p- flight length = 15m n p Beam Sweeping Magnet p p- p 1GeV/c K- beam

  22. K−ppの崩壊チャンネル • 崩壊したLは約550 MeV/cを持つ • →平均飛行距離 • 4cm程度 • ・崩壊したSは約 • 200 MeV/cを持つ • →S+の平均飛行距離4mm程度 S+の測定： Lに比べSの平均飛行距離はおよそ1/10→Lp崩壊の測定を狙ったCDSは位置分解能向上が必要になる

  23. 増幅度の計算方法 30mmRimTGEM P10, 1atm DVGEM = 983V 55Fe X-ray 100ns プリアンプ 200mV 1mV プリアンプアウト プリアンプ出力 読み出しの出力信号 ADC main peak escape peak 増幅度の測定グラフ ADCスペクトラム

  24. 増幅度の測定パラメーター依存 55Fe spark drift mesh ED=150 V/cm ΔVGEM TGEM 1 ET ΔVGEM TGEM 2 EI R/O pad

  25. TGEMの増幅度 TGEMの構造 孔径 厚さ 400mm 200mm 300mm 500mm ΔVGEM (孔径300mm) (厚さ400mm) spark 孔径300mm 厚さ400mm 厚さ400mm 孔径500mm 厚さ200mm 厚さ200mm

  26. P/T補正曲線 P/T 補正前 相関 補正 補正曲線 補正後

  27. 長時間のエネルギー分解能の安定性 30μm Rim TGEM HV up 10日間 Hybrid-TGEM HV off type4 → type2 HV on HV up 25日間

  28. 実際のTPC-R/O用TGEM 9角形TGEM TPC用のTGEMは9角形 片面の極板を3分割する (TGEMの電気容量を抑えるため) TGEMのほとんどが有感面積 28 cm R/O-pad パッドの大きさ 4mm×20mm パッド数 4×4×9=144 2 cm

More Related