Transcript TASC

bCALET-２における観測データ評価
小澤俊介，鳥居祥二，笠原克昌，赤池陽水，
宮本浩輝，甲斐友一郎，仁井田多絵，
他bCALET-2チーム
早大理工研
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学 22pW-1
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ｂCALET-2 実験概要
目的
国際宇宙ステーション日本実験モジュール（きぼう）曝露部に搭載し長期観測を計画している
CALET(CALorimetric Electron Telescope)に開発した要素技術の実証を行う
大気球による高高度での高エネルギー電子・陽電子（1GeV-100GeV）及びγ線（1GeV10GeV）の観測を行い，CALETにおける観測の予備実験を行なう
BETS
これまでの経過
1997，1998 BETS（三陸）
2004 PPB-BETS（南極）
解像型カロリーメータ
(SciFi+I.I.+CCD)
2006 bCALET-1（三陸）
2009 bCALET-2（大樹町）
植山良貴（22pBW- 3）
2010 bCALET-3（ブラジル）
「bCALET-3観測計画概要」
IMC
解像型カロリーメータ(SciFi+MA-PMT)
全吸収型カロリーメータ(BGO+PIN-PD)
→CALET プロトタイプ
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bCALET-2
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TASC
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bCALET-2 装置概要
シリコン検出器アレイ（SIA）
⇒入射電荷量測定
粒子入射位置同定
SIAのデータ収集は行わなかった．
SIA
Anti
256 mm
S1
Anti
解像型カロリメータ（IMC）
⇒飛跡再構成
シャワー開始深さ同定
S2
BS
全吸収型カロリメータ（TASC）
⇒エネルギー測定
電子、陽子の識別
150mm
（BGO厚）
300 mm
トリガーシステム
S1
S2
プラスチックシンチレータ+PMT
Anti
Plastic Sci.
W （タングステ
ン）
SciFi 1mm sq.
BGO 25mm sq.
Electronics
BS
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TASC１層目の信号（PMTにより読み出し）１０本分の和
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読み出し回路
IMC-FEC
TASC-FEC
PreAMP, Shapper,
ADCを一体化
小型化し、コネク
タ位置を側面か
ら背面に変更
Shapperのgainを2系統
(High,Low)にすることに
より~104のダイナミックレ
ンジ
高速ADC(500k
Hz)を100kHzで
使用することによ
り、省電力・低ノ
イズ化
FPGAによるデジタル
データ制御をするための
インターフェイス
レンジ ~ 26[pC]
ノイズ ~ 0.5[fC]
入力channel ・・・ 512ch
フロントエンド回路 ・・・ VA32HDR14
ダイナミックレンジ ・・・ ±15pC
形状 ・・・ 256mm×105mm×32mm
High gain ADC
Overflow
DAQへのインターフェース
・専用のインターフェースモジュールによるFECの
読み出し
読み出し用インターフェースモジュール
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High，LowそれぞれのMIP/ADCの相関
High，Lowからの信号出力の相関
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気球実験概要
航跡図
放球日時: 2009年8月27日(木) 6:21
放球場所: JAXA大樹航空宇宙実験場
飛翔高度: ～35km
飛翔時間: 約4.5時間
(35kmレベルフライト約2.5時間)
取得イベント
MODE
エネルギー閾値
イベント数
①
Single ELE
+ Low GAM
(ELE) >
シングル
(GAM) > ~ 20MeV
(ELE)
720
(GAM) 1800
②
Low ELE
+ GAM
(ELE) > ~ 1 GeV
(GAM) > ~ 数100 MeV
(ELE) 5600
(GAM) 8900
③
High ELE
(ELE) > ~ 10 GeV
(ELE) 5700
•上昇時 (約2時間) ： 約10,000例
•レベルフライト
： 約12,000例
観測高度
～10：50 観測終了
35km
トリガーレートの変化
レベルフライト
①
②
～8：20 34km
③
15km
電源
ON
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放球
電源
OFF
6：21 放球
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データ解析の手順
1.
1MIP測定
フライト前にミューオン観測を行ない，1MIPのピークを決定
1MIPピークの温度依存性を求め，観測装置の温度依存を補正
2.
エネルギー決定
MIP数を基準とし，データとシミュレーションを比較しエネルギーを決定
3.
電子イベント候補の選別
入射粒子の飛跡を再構成
シミュレーションを用いて，シャワー発達（最大発達深度，横拡がり）から，
セレクションパラメータを決定し，観測データに適用して電子候補を選別
仁井田多絵（22pBW- 2)
「bCALET-2で観測された
シャワーの粒子識別解析 」
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ミューオン観測による1MIPピーク測定
ミューオンイベントの例
地上におけるミューオン観測によっ
て1MIPを決定
トラックが観測されたイベントを抽出
し，そのときのシグナル分布から
1MIPピーク値を導出
X
BGOのADC値の分布の例
1MIPと定義
SciFiのADC値の分布の例(ペデスタル補正後)
― 飛跡あり
― 飛跡なし
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Y
1MIP
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1MIPの温度依存補正
BGO1MIPの温度依存（例）
シンチレータ，回路系などの温度依存を考慮し，
1MIPピークの温度依存性を補正．
BGO No.11
温度依存性は平均で -1.27%/℃
レベルフライト時の温度変化は2-3℃の間で安定
→ TASCの補正は4%以内
温度係数 = -0.7%/℃
フライト時のベッセル内の各部温度変化
放球前
上昇中
30
レベルフライト
IMC-FEC
BGO温度依存係数の分布
温度[℃]
TASC
平均値（60ch分）：
-1.27%/℃
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ベッセル内雰囲気
20
15
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
時刻
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エネルギー決定
シミュレーションと測定による1MIPピークを比
較し，シャワーの検出器中でのエネルギー損
失を算出
E0
E0と検出器でのエネルギー損失との相関
E0とエネルギー損失の相関を用いて，入射エ
ネルギーを決定
E0=1.086ΔE+0.039
エネルギー分解能は3%@10GeV
エネルギー損失スペクトル
ΔE
シミュレーションによるエネルギー分解能
Preliminary
→飛跡再構成，e/p選別を行い，
電子フラックスを導出
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まとめ
bCALET-2による観測実験
検出装置
- IMC SciFi: 256mmx256mm x-y8層
- TASC 1層あたり10本（x-y3層）
タングステン: 3.5r.l.
BGO: 13.4 r.l.
気球観測@ JAXA大樹航空宇宙実験場
- 2009年8月27日 06:21-10:50
- 4.5時間（レベルフライト2.5時間）観測
データ解析
観測データの温度補正
- レベルフライト時のベッセル内温度変化は2~3℃で安定
- ＴＡＳＣ: -1.72%/℃（補正量は4%以内）
エネルギー決定
- 検出器中のエネルギー損失量からE0を決定
- シミュレーションによるエネルギーの分解能は3%@10GeV
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END
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