J-PARC E14 KOTO 実験ビーム形状測定

J-PARC E14 KOTO実験ビーム形状測定 京都大高橋　剛他 J-PARC E14 KOTO Collaboration

K TO実験 O 0 2 -11 0 • KL → πνν崩壊 • 崩壊率が小林益川行列のη に比例 • 理論的不定性が小さい • ＳＭの精密検証、New Physicsの探索 • SM Br(KL→π νν)=2.5×10

測定原理 ν 2γ + nothing γ KL γ ハロー中性子 →　バックグランド ν

K TO実験スケジュール O • ２００９年春～２００９年９月 • KL Beam Line建設 @J-PARC ハドロンホール • ２００９年１０月～２０１０年２月 • Beam Survey実験 • Beam Profile測定（本講演） • KL生成数測定（→塩見公志氏京大） • neutron / γ測定　etc… • ２０１０年秋 • Engineering Run • ２０１１年 • Physics Run

KL Beam Line MC • Beam Lineの特徴 • “Well Collimated Beam” • 非常に細く絞ったビーム • “Clean Beam” • Beam haloが少ない。 • Neutral Beam Line • Long Beam Line → removeshort-lived particle • Magnet → sweep out charged particle • Pb absorber → reducegamma

KL Beam Line magnet Beam 1st Collimator Upstream / Downstream 2nd Collimator Upstream / Downstream Moving Points → 　Common Target コリメータを動かしてビームを調整する。 → 　ビームプロファイルモニターが必要！!

ビームプロファイルモニター • SP Counter • PWO • ﾌﾟﾗｽﾁｯｸｼﾝﾁ • 自動ｽﾃｰｼﾞ X/Y Profile 精密測定 • GOH Monitor • ｼﾝﾁﾚｰﾃｨﾝｸﾞﾌｧｲﾊﾞｰ • MAPMT X/Y Profile 即時表示 • Periscope • 蛍光板 • CCDカメラビームを視覚的に見る

GOH Monitor Scintillating Fibers Sampling ADC コンピュータ MAPMT 高インピーダンス積分回路 • Graphical Online High-flux Monitor • High impedance RC integration circuitτ=RC~数百μs(time structure mode) ~数百ms(profile mode) • 16ch Sampling ADC Max 100kHzUSB interface安価

GOH Monitor (Time Structure Mode) 2010 2/16 Beam 1 Spill構造 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 (time [ms]) Only 1ch readout, τ~100μs, 10kHz Sampling 650 700 720 740 760 780 800 (time [ms])

GOH Monitor (Profile Mode) 2009 12/8 Beam Profile Signal in 1 spill. 50% 75% 25% 50% ！ 10% 25% All Fibers readout 1.5ms sampling τ~数百ms~数s

Simulation Edge の動きに注目 Edge の動きに注目

コリメータがずれているときは、片側のEdgeだけがコリメータに連動する。コリメータがずれているときは、片側のEdgeだけがコリメータに連動する。真っすぐ並ぶ位置を境に、逆側のEdgeが動くようになる。 Edgeの動きが逆側に移る位置を探せばよい。

測定データ

Beam Edge 動き 45 40 Edgeの動き始め 35 30 25 45 46 47 48 49 50 51 52 53 C1U position (mm) -26 -28 Edgeの動き始め -30 -32 -34 -36 -38 -40 • 46 47 48 49 50 51 52 54 • C1U position (mm)

GOH Monitor (Profile Mode) Arbitrary Unit. Arbitrary Unit. Optimized

SP Counter • Scanning Profile Counter • PWO Crystal + Plastic Scintillator + Scalar • Scanning with XY moving stage Arbitrary Unit. Arbitrary Unit. Preliminary

Periscope CCDカメラ蛍光板 Beam Ｄｉｓｐｌａｙミラー

ビームは四角かった・・

まとめ 今回のBeam Survey実験でBeam Profileの測定、およびコリメータのアライメントを行った。コリメータの移動に対するBeam形状の変化をGOH Monitorで見ながら最適化。続いてSP CounterでBeamをスキャン・計数し、ビーム幅・halo/coreがＭＣの結果を再現していることを確認。 Periscopeで２次元像も確認。コリメータ位置を最適化する手法を確立。さらなる改良を加え、本実験でのビームアライメントに活かす。

Backup Slides

GOH Monitor Scintillating Fibers MAPMT ﾀｰﾄﾙ工業 TUSB-1612ADSM-2 Sampling ADC • Graphical Online High-flux Monitor • Scintillating Fibers + 64ch MAPMT+ Sampling ADC • Fiber size 1.5mm角 • 120ch/plane (X-plane/Y-plane) • 180mm ×180mm • High impedance RC integration circuitτ=RC~100μs(time structure mode) ~100ms(profile mode) • 16ch Sampling ADC Max 100kHz, USB interface, cheap

J-PARC E14 KOTO 実験ビーム形状測定