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低エネルギー核反応実験用 検出器　 GEM-MSTPC の開発

低エネルギー核反応実験用 検出器　 GEM-MSTPC の開発. KEK 石山博恒 , 　田中雅彦 , 　渡辺裕 , 　宮武宇也 , 平山賀一 , 　今井伸明 , 　渕好秀 , 　鄭淳讃 , 　野村亨 JAEA 橋本尚志 大阪電気通信大学 溝井浩 , Suranjan Kumar DAS, 　福田共和. 山口　香菜子 筑波大学　. 低エネルギー核反応実験用 検出器　 GEM-MSTPC の開発. 発表の流れ. Introduction GEM-MSTPC 50 μm GEM test 400 μm GEM test

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低エネルギー核反応実験用 検出器　 GEM-MSTPC の開発

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  1. 低エネルギー核反応実験用検出器　GEM-MSTPCの開発低エネルギー核反応実験用検出器　GEM-MSTPCの開発 KEK 石山博恒,　田中雅彦,　渡辺裕,　宮武宇也, 平山賀一,　今井伸明, 　渕好秀,　鄭淳讃,　野村亨 JAEA橋本尚志 大阪電気通信大学溝井浩,Suranjan Kumar DAS,　福田共和 山口　香菜子 筑波大学　

  2. 低エネルギー核反応実験用検出器　GEM-MSTPCの開発低エネルギー核反応実験用検出器　GEM-MSTPCの開発 発表の流れ • Introduction • GEM-MSTPC • 50 μm GEM test • 400 μm GEM test • Ion feedback • まとめ

  3. Y. Mizoi, el al., NIMA 431(1999)122 T. Hashimoto, el al., NIMA 556(2005)339 MSTPCMultiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber ３次元の荷電粒子の飛跡 ２. 飛跡に沿ったエネルギー損失 ３．検出ガスが、ターゲットを兼ねる →　検出効率100% ４．一度に広いエネルギー領域を測定できる

  4. MSTPC から GEM-MSTPC へMultiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber ・He主体ガス　 (He+CO2(90:10) or He+CH4(90:10)) ・ 低圧力　　 (120torr) ・高強度ビーム入射 (106 pps) e- 8Li(α, n)11B　断面積の直接測定 Wire Ecm～0.5MeV σ<10mb e- MSTPC GEM 10４pps GEM-MSTPC 106pps

  5. GEM-MSTPC(GasElectron Multiplier – Multiple Sampling and Tracking Proportional Chamber) Field Top Top 100mm 100mm 100mm Bottom 100mm 100mm Bottom GEM GEM２ Pad GEM１ 24 pad Backgammon Pad = 5mm pad

  6. GEM-MSTPC test • セットアップ • α線 • ΔE / pad = 20 keV • He+CO2(90:10) 120torr • Test • 主に、ORTEC 142 pc プリアンプ • He主体ガス 　　 ・低圧力 　 • ( He + CO2 or He + CH4 ) (120torr) • Gain～１０３ 130mm 150mm ｙ ｘ ( p , n ) ？

  7. 50μmGEM( CERN standard ) • 厚さ50μm • 短径50 μm • 長径70 μm • 間隔140 μm • カプトン膜（Cu蒸着）、エッチング 100mm 140μm 50μm 50μm 70μm 100mm 50μmGEMフォイル

  8. 50 μm GEM test 2μs 2μs 50mV 50mV S.Bachmann, el al., NIMA 438(1999)376 PPACモード ＧＥＭ Induction Gap~PPAC Readout Pattern

  9. 50 μm GEM test ＧＥＭ１ 2μs After pulse ＊電場によらず、いつも出現 10mV ＧＥＭ２ Induction Gap~PPAC Readout Pattern

  10. 50μmGEM test • ガスの種類による違い • ゲイン差は、2倍以下。 , p=120 torr

  11. 50μmGEM test • 圧力による違い • 圧力→大　⇒Gain→大 ⇒でもガス圧は上げたくない。

  12. 50μm GEMtest • He主体ガス（He+CO2, He+CH4） • 低圧力　（p~120torr, 230torr） • Single GEM；増幅率は数十倍 • double GEM；増幅率は数百倍＜１０３ • ⇒目標にはやや足りない。　 • PPACモード • After pulseの出現 　　　　　　　　　　　　　　⇒Thick GEM へ。

  13. 400 μmGEM （林栄精機 製 ） • 厚さ400μm • 径300 μm • 間隔700 μm • G10基盤（Cu蒸着）、ドリル穴開け 300μm 400μm 700μm 100mm 100mm 安い! 400μmGEM フォイル

  14. 400 μm GEM test 2μs 50mV Gain＞１０３ 陽イオンの影響なし

  15. 400 μm GEM test ＧＥＭ Induction Gap~PPAC PPACモードにならない領域 で 　Gain～１０３ Readout Pattern

  16. Ion feedback 高計数率のために Drift fieldの乱れ　←　陽イオンの蓄積 field (1cm) TOP (Gain ～10) (Gain ～103) ＧＥＭ Induction Gap~PPAC Readout Pattern

  17. まとめと今後 • 50μm GEMではゲインが足りない。 • 400μm GEMでは、１０３に達した。 • He+CO2(90:10, 120torr)において、 • GEM voltage = 600 [V] • Anode = 3 [kV/cm/atm] • テスト条件では、GEMによる 　イオン・フィードバックは２％ • 入射ビーム ( 106 ) に耐えられるか？　 • 陽イオンの滞留→電場を強くする • ⇒イオンフィードバックの対策 • ゲーティンググリッド　or シールド用にGEMを追加 • Thick GEMで • エネルギー分解能 • 位置分解能 • 時間安定性　を調べる。

  18. 放電の範囲 • 50μmGEMで、GEM電圧を上げていくと・・・ • 400μmGEMでは、800V程度までかけられそう

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