1 / 17

TOP カウンター用 MCP-PMT の研究開発 ( 2 )

TOP カウンター用 MCP-PMT の研究開発 ( 2 ). 名古屋大学理学研究科　 N 研 永峰宗典　居波賢二　岸本直樹. -------------Outline-------------- GaAsP SL10 の性能評価 Multi-Alkali MCP-PMT の Lifetime 測定. GaAsP SL10 の性能評価. TOP カウンターと PMT. TOP カウンターとは？. Belle 実験用に開発している粒子識別装置 発光媒体である合成石英と光検出器からなる コンパクトかつシンプルなのが特徴

skylar
Download Presentation

TOP カウンター用 MCP-PMT の研究開発 ( 2 )

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. TOPカウンター用MCP-PMTの研究開発(2) 名古屋大学理学研究科　N研 永峰宗典　居波賢二　岸本直樹 • -------------Outline-------------- • GaAsP SL10の性能評価 • Multi-Alkali MCP-PMTのLifetime測定

  2. GaAsP SL10の性能評価

  3. TOPカウンターとPMT TOPカウンターとは？ • Belle実験用に開発している粒子識別装置 • 発光媒体である合成石英と光検出器からなる • コンパクトかつシンプルなのが特徴 • 位置情報 x と時間情報 t からリングイメージを再構成 • 全領域で4σ@4GeV/cの性能 TOPカウンター用PMTに求められる性能 • 一光子検出可能 • 一光子での時間分解能(TTS)σ<50ps • 磁場(B=1.5T)中で動作可能 • 長波長領域での高い感度 • ピークQE>30% M.A. MCP-PMT ですでに達成 • 現在の課題 • 波長分散による石英伝搬 時間の揺らぎの緩和 • 検出光子数の増加 GaAsP光電面で達成可能！

  4. 50 GaAsP (peak:40%@540nm) 40 30 QE 20 Multi 10 Alkali 0 0.21 group velocity(m/ns) 0.20 0.009 m/ns 0.013 m/ns 0.19 0.18 0.17 GaAsP光電面の特徴 • 波長分散による時間の揺らぎの緩和 長波長領域におけるQE大 群速度差が減少！ • 検出光子数の増加 QEの絶対値が大きい 光電子数=Σ(発生光子数×QE) 発生光子数 ∝λ-2 光電子数増加！ 200 400 600 800 1200 1000 TOPの要求を満たし得る！ Lambda (nm)

  5. 外形 27.5x27.5x14.8mm 有効面(対外形比) 22x22mm(64%) 光電面 GaAsP 量子効率 3.3%(λ=540nm) 10μm MCPチャンネル径 MCP段数 2段 MCP表面Al蒸着 あり 開口率 ～60% アノード 4ch. GaAsP SL10 SL10 TOPカウンター用光検出器として浜松ホトニクス社と独自に共同開発 今回の測定で用いたMCP-PMT

  6. CAMAC 36dB PLP DIV PMT ATTN AMP ADC λ=407nm FILTER 25ps/1bin Jitter～10ps DISC TDC there 100mV there 20mV DISC BLACK BOX GATE START 測定内容とSET UP 測定内容 3つのPMTについて 波形 Gain TTS を、single photon照射で測定する。また、Dark count の測定も行う。 SET UP Band width<1.5GHz • TDCのSTARTとADCのGATEには、光源のTRIGGERを用いている。 • 光源のパルス幅～20ps

  7. GaAsP SL10 0.5ns/div 0.5ns 20mV/div GaAsP HPK6 0.2ns/div 20mV/div 0.4ns 波形 測定条件： single p.e. Multi-Alkali SL10 0.5ns/div 5mV/div SL10 ： 立ち上がり～500ps HPK6 ： 立ち上がり～400ps

  8. count count GaAsP HPK6 count Multi-Alkali SL10 GaAsP SL10 800 1000 pedestal 600 pedestal pedestal single photon peak single photon peak single photon peak 800 600 400 600 400 Gain～ Gain～ 0.96×106 Gain～ 0.50×106 400 200 1.3×106 200 200 0 0 100 125 150 175 0 100 150 200 250 100 120 140 1bin/0.25pc adc adc 1bin/0.25pc 1bin/0.25pc adc GainとDark count ADC分布 増幅部の構造、および印加電圧の等しい2つのSL10 は同程度のGainが得られているので、GaAsP SL10の増幅部は正常に作動 している。

  9. count count count GaAsP SL10 Multi-Alkali SL10 GaAsP HPK6 4000 3000 TTS～42ps TTS～33ps TTS～32ps 6000 3000 2000 4000 2000 1000 2000 1000 0 0 0 -20 -10 0 10 20 -20 -10 0 10 20 -10 0 -20 10 20 1bin/25ps tdc 1bin/25ps 1bin/25ps tdc tdc TTS TDC分布 • GaAsP SL10は TOPの要求TTS<50psを満たしている。 • TTS～42psは改善の余地あり！ 光電面に原因？

  10. Multi-Alkali MCP-PMTのLifetime 測定

  11. Motivation • TOP counter用光検出器 • MCP-PMT • Luminosity • L ～1 x 1034 @present B • L ～2 x 1035 @SuperB • 高頻度Back ground粒子(spent electron) • PMTの出力電荷量～700 mC/cm2/yearと想定 (@PMT Gain = 2 x 106) • MCP-PMTの寿命決定原因 • Gain低下(MCPの組成変化) • Q.E.低下(イオンフィードバックによる光電面劣化) x 20!! MCP-PMT(SL10)

  12. MCP-PMTの特性・仕様 HPK(R3809U-50-11X) BINP • Al保護膜 • MCP1枚目IN側に蒸着 • 厚み～10-20nm • イオンフィードバック抑制 • 　光電子透過率～60%

  13. SET UP • LEDで負荷を与える(λ= 400nm) • パルス周波数 1KHz or 5KHz • 検出光子数(/パルス）～20-100p.e. • 負荷スピード: 2～10mC/cm2/day (Cf. ～2mC/cm2/day @ SuperB) • PLPで性能変化を測定(λ= 408nm) • 1光子照射 • 測定項目: Gain, efficiency(Q.E.), TTS • Calibration PMTで光量補正 • 温度20-23℃、湿度20-40%

  14. 「HPK製・Al膜あり」であれば1年間で わずか～10%のQ.E.ドロップ 「HPK製・Al膜あり」であれば1年間で わずか～10%のQ.E.ドロップ (@l=400nm) 量子効率(Q.E.) @400nm ●HPK w/ Al ●BINP w/ Al(#32) ○HPK w/o Al ▲BINP w/ Al(#35) ▼BINP w/ Al(#38) ○BINP w/o Al(#11) △BINP w/o Al(#6) • w/o Al (BINP & HPK) Rel. Q.E.< 0.5 @50mC/cm2 Al膜は必要である。 • w/ Al (BINP) Rel. QE = 0.1-0.5 @700mC/cm2 BINP製はAl膜ありでも不十分 • w/ Al (HPK) • Rel. Q.E.～0.9±0.08@700mC/cm2 • ～0.8±0.08@1100mC/cm2

  15. BINP w/o Al (#11) BINP w/ Al (#32) BINP w/ Al (#35) BINP w/o Al (#6) HPK w/o Al HPK w/ Al Gain=106 Gain －before －after －after(+200V) • @0-200mC/cm2 : 急激にGainDrop。Relative Gain ～80% • @200mC/cm2～ : 緩やかなGainDrop。 • @700mC/cm2 : Relative Gain ～60-80% (BINPでは～100%のPMTあり。) • HV(+200V)upによりGain回復。 ●HPK w/ Al ●BINP w/ Al(#32) ○HPK w/o Al ▲BINP w/ Al(#35) ▼BINP w/ Al(#38) ○BINP w/o Al(#11) △BINP w/o Al(#6)

  16. TTS • Life Time測定中は室内の温度変化・NoiseによりTTS悪化 • TTS<40psec @Gain>106 →　測定後TTS = 33psec (HPK w/ Al), TTS=35-40ps (BINP w/ or w/o Al) M.A. MCP-PMTは、SuperBでの一年以上の使用に耐えうる！ BINP w/o Al (#6) BINP w/ Al(#32) －before －after ●HPK w/ Al ●BINP w/ Al(#32) ○HPK w/o Al ▲BINP w/ Al(#35) ▼BINP w/ Al(#38) ○BINP w/o Al(#11) △BINP w/o Al(#6) s=31ps s=36ps s=36ps s=39ps HPK w/o Al HPK w/ Al 30ps s=29ps s=33ps s=34ps s=34ps

  17. 本日のまとめ TOPカウンター用MCP-PMTの研究開発 • GaAsP SL10の性能評価 • Multi-Alkali光電面MCP-PMTのLifetime測定 GaAsP SL10はTOPカウンターの要求を満たしている。 Al膜ありでも不十分 HV upにより回復！ Al膜が必要 M.A. MCP-PMTはSuperBでの１年以上の使用に耐えうる！

More Related