Transcript ppt
佐久間 史典 (理研) 徳田 真 (東工大M1) 大西 宏明 (理研) 岩崎 雅彦 (理研) J-PARC E15実験 E15でのTGEM-TPC TGEM について 理研でのTGEMの現状 まとめ・これから deeply-bound kaonic nuclear states exist? T.Yamazaki, A.Dote, Y.Akiaishi PLB587,167(2004). Y.Akaishi & T.Yamazaki, PLB535, 70(2002). W.Weise NPA553, 59 (1993). search for K-pp bound state using 3He(K-,n) reaction 3He K- Formation Mode to decay charged particles L pp p K-pp cluster neutron Decay exclusive measurement by Missing mass spectroscopy and Invariant mass reconstruction at J-PARC Sweeping Magnet Beam Line Spectrometer K1.8BR Beam Line Beam trajectory CDS & target Neutron Counter p 1GeV/c K- beam Neutron ToF Wall n p p- Beam Sweeping Magnet Cylindrical Detector System important to measure not only non-mesonic decay mode but also mesonic decay mode to improve z-resolution, Thick-GEM TPC will be installed design located between CDC and target-chamber cover the CDC acceptance of AUVA minimum materials in the acceptance 1mm spatial resolution in the z-direction field strip •flexible print circuit board •8mm strip •10mm pitch •double sided R/O pad field cage これから作成・2月には完成予定 / よろしくお願いいたします林栄さん Prototype of Readout-Pad for preamp through-hole 20mm 4mm ASD-chipを用いて、時間情報のみを取り出す preamp arrangement 8 Filed calculation potential Maxwell-2D calculation electric field Garfield calculation contours of potential drift-line of electron gas:P10, B=0.5T Expected performance assumption : gas = P10, 1atm E = 150V/cm Cdl = 0.34mm, Cdt = 0.60mm 0l = 0.5mm 0t = 0.2mm Neff = 38.7*0.4(cm) = 15.5 resolution 2 C 2 2 d z x 0 Neff x : total resolution 0 : resolution w/o diffusion Cd : diffusion constant z : drift distance Neff : effective number of electrons z (cm) 0 10 20 30 Dl (mm) 0.00 1.09 1.54 1.88 l (mm) 0.50 0.57 0.63 0.69 Dt (mm) 0.00 1.89 2.67 3.27 t (mm) 0.20 0.52 0.71 0.85 0.9 0.8 however, f-direction resolution is limited by pad size, e.g., 20.0/sqrt(12) = 5.8mm resolution(mm) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 longitudinal 0.1 transverse 0.0 0 5 10 15 20 z(cm) 25 30 35 Thick-GEM、TGEM、THGEM ロバスト(強靱)、シンプルな製造工程、1枚あたりのゲインが高い double-clad G10(FR4)基盤を材料に、通常のPCB技術を用いて安く作ることが出来る (はず) 「穴」はドリルで空け、放電防止の「穴の周りの逃げ(Rim)」はケミカルエッチングで空 ける foil-GEMに比べて、取り扱いが楽、オペレーションが楽(多少の放電で死なない)、大 面積を覆える可能性 電極やインシュレーターの素材を変えることによって、さらに安定したTGEMを作るこ とが出来る可能性 TGEM@RIKEN 500mm etched and drilled patterns are not centered systematically! HV 林栄精器にて以下の6種類のTGEMを作成 TGEM# #0 #1 #2 #3 #4 #5 (Carbon) Thickness [mm] 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.4 Drilled hole diameter [mm] 0.3 0.3 0.5 0.3 0.5 0.3 Etched hole diameter [mm] 0.5 0.4 No 0.4 No No Pitch [mm] 0.7 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 Size [mm2] 100 x 100 #5 RETGEM Carbon(graphite) electrode 500mm #0 400mm, w/ Rim #1 400mm, w/ Rim #3 200mm, w/ Rim #4 200mm, w/o Rim #2 400mm, w/o Rim #5 400mm, w/o Rim Carbon electrode setup test chamber 55Fe drift mesh 11mm Edrift 2mm Etrans 2mm Einduct readout pad TGEM #1 TGEM #2 R/O pad ASD DC 1M 20M 72Hz low-pass mesh 2200p 1M 11mm 20M GEM1 2M 400um 20M GEM1 1M 2mm 20M GEM2 2M 400um 20M GEM2 1M gasはP10, 1atmを使用 2mm R/O HV dividerは抵抗チェーンで作成 測定はASD(t=80ns)のアナログ出 力と生シグナル effective gainは生シグナルから計 算して導出 ASDシグナルを用いてスケール Edrift=150V/cm effective gain of #0 DVGEM:Einduct=1:2.5 DVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:2.5 sparkが見られる GEM#1 1000 ASD pule hight [mV] single double 100 10 1.E+05 900 1000 1100 1200 1300 ΔVGEM [V] 1400 1500 double 1.E+04 effective gain 1 GEM #1 single 1600 1.E+03 1.E+02 1.E+01 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 ΔVGEM [V] 目標 : 実際に掛けるVthを考慮すると、ASDのp.h~150mV以上で安定動作 raw signal, ASD signal, ADC of #0 raw signal Double TGEM #0 P10, 1atm DVGEM = 1225V HV-type1 55Fe X-ray ASD signal gain~1.1x104 ADC res~16%() Double TGEM #0 P10, 1atm DVGEM = 1111V HV-type2 55Fe X-ray Double TGEM #0 P10, 1atm DVGEM = 1225V HV-type1 55Fe X-ray Einduct dependence of #0 DVGEM = 1300V foil-GEMとは異なり、gainの上がり方がものすごい foil-GEMでは8kV/cm程度までlinear-scaleで上昇 [S.Bachmann et al., NIM A438, 376 (1999).] Edrift=150V/cm Einduct/Etrans dependence of #0 HV dividerは右の3種類を試す DVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:2.5 type2 DVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:5 type3 DVGEM:Etrans:Einduct=1:5:5 sparkが見られる Double GEM #0 1000 type1 type1 ASD-analogの限界 type3 100 Double GEM #0 1.E+06 type1 type2 1.E+05 10 effective gain ASD pulse hight [mV] type2 1 900 1000 1100 ΔVGEM [V] 1200 type3 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1300 1.E+01 900 1000 1100 1200 ΔVGEM [V] 予想通り、Einductを上げることにより安定にgainを稼ぐことが出来る 1300 Edrift=150V/cm TGEM dependence of #0,1,2,3,4,5 DVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:5 GEM #0 GEM #1 1000 Double GEM sparkが見られる GEM #4 (200mm, w/o Rim)は signal見えず GEM #2 GEM #5 (Carbon) 100 Double GEM 1.0E+05 10 GEM #0 GEM #1 GEM #5 1 700 800 900 1000 ΔVGEM [V] 1100 1200 effective gain ASD pulse hight [mV] GEM #3 (HV-type1) 1.0E+04 1300 1.0E+03 1.0E+02 700 800 900 1000 1100 1200 1300 ΔVGEM [V] GEM #2,3はraw-signal見えないため表示無し 200mm TGEM はP10,1atmでは使えない! raw signal, ASD signal, ADC of #5(Carbon) raw signal Double TGEM #5 P10, 1atm DVGEM = 911V HV-type2 55Fe X-ray ASD signal Double TGEM #5 P10, 1atm DVGEM = 911V HV-type2 55Fe X-ray gain~6.9x103 ADC res~12%() Double TGEM #5 P10, 1atm DVGEM = 889V HV-type2 55Fe X-ray Einduct/Etrans dependence of #0,1,2,5 Double GEM #1 1000 type1 type1 type2 type2 type3 ASD pulse hight [mV] ASD pulse hight [mV] sparkが見られる Double GEM #0 1000 100 10 type3 100 10 1 1 900 1000 1100 1200 800 1300 900 1100 1200 ΔV [V] Double GEM#5 ΔV [V] Double GEM#2 GEM GEM 1000 1000 type1 type2 type2 type1 type3 ASD pulse hight [mV] ASD pulse hight [mV] 1000 100 10 type3 100 10 1 1 800 850 900 950 1000 ΔVGEM [V] 1050 1100 1150 700 750 800 850 900 ΔVGEM [V] [w/ Rim]はgainでlimit、[w/o Rim]はHVでlimitされるようだ 950 1000 Edrift=150V/cm time dependence of #0,1,2,5 DVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:5 Double GEM 1.2 1.0 relative gain 0.8 0.6 0.4 0.2 GEM #0 GEM #2 0.0 0 20 GEM #1 GEM #5 (Carbon) 40 60 80 100 time [min] Cu electrodeでは時間と共にgainが下がる 1時間程度で落ち着く その他気がついたこと sparkの後は、gainが上がる(大きいと2倍程度)ように見える 特にRim有りはその傾向が強い 回復に0.5~1.5時間程度を要する Einductを上げすぎると、(当たり前だが)parallel plate multiplication が起こる GEMのゆがみのせいでpadに近くなって以下のような状態になった Double TGEM #2 P10, 1atm DVGEM = 902V HV-type2 55Fe X-ray Rim有りのTGEMは、原因不明で結構大きい+chargeのsignalが見える 固定をしっかりすることによりある程度減るが、完全に無くならない… J-PARC E15はK中間子原子核を探索する実験である Z-vertex-resolution向上のためのupgradeとして、TGEMを用い たTPCを開発中である 400mm TGEM、RTGEMは(使い方を間違わなけれ ば)十分実用レベルに達していると思われる GEMの均一性? ion-feedbackのstudyを行う 結果によってはfilterとして3枚目のTGEMを導入 RETGEMもう少し頑張る 実機での使用を仮定して、90Srを用いて外部トリガーによる評価を 行う 実機に向けたTGEMの仕様決定・デザインを行う 2009年夏、TGEM-TPCは完成予定