Transcript 4 He ビーム
Active-target TPCの性能評価実験 東大CNS 秋元亮二、 大田晋輔、 道正新一郎、 郡司卓、 山口英斉、 橋本尚志 時枝紘史、 浜垣秀樹、 上坂友洋、 久保野茂 筑波大学 小沢顕 1 Motivation 中性子過剰の核物質に関する研究 • 逆運動学を使うことが必要 中性子過剰の中重原子核を、ターゲットではなくビームで使用 前方散乱の測定 • それぞれの移行角運動量の断面積が特徴的 • 励起エネルギーによって散乱が大きく変わる • ビームだけではなく、反跳粒子も測定することでよりよい精度で行える • しかし、前方散乱で散乱される反跳粒子はエネルギーが小さく（< 数 MeV）、検出が困難 → ターゲット、検出器の物質量が小さくなくてはならない → ターゲットと検出器が一体になった、Active-target TPCが有効 2 フィールドケージ2つ Design of Active-target GEM-TPC ビーム • TPC中のガス粒子が標的 • ターゲット、検出器の物質量が小さく、エネル ギーの非常に小さい粒子も測定可能 • ビームを読みださないことで、高レートのビーム を使用可 • TPCの大きさ：668mm x 565mm x 520mm （内径） • ガス：4He, 3He, D2, 有機ガス（ターゲットによって 異なる） • GEMの大きさ： 10 cm x 10 cm • パッド 形状：直角三角形（右図参照）; 16.45mm x 16.45mm 枚数：144 枚 今回の実験では、反跳粒子の方向へビームを通 し、位置分解能、エネルギー分解能を評価する。 反跳粒子 25cm GEM Pad 反跳粒子 16.45mm 16.45mm 3 実験概要 実験目的 4Heビームを用いて、Active-target TPCの性能評価（位置分 解能、角度分解能）を行う 測定項目 • 粒子のエネルギーに対する位置分解能、エネルギー 分解能の依存性 • 粒子の入射位置に対する位置分解能の依存性 • 入射角に対する角度分解能の依存性 • 長時間の測定における性能の安定性の評価 4 Setup ビームライン 第一測定室、スペクトログラフコース 散乱体（Au） 4He スリット Q D Q ビーム • 粒子 : 4He2+ • エネルギー：エネルギーの異なるビーム4種類 （一つはフィールドケージ内で止まるエネルギー） • ビームレート : < 102 Hz → 弾性散乱を用いてビームレート調整 • ビームの拡がり : f ~ 1 mm → スリットとコリメーターを用いる コリメーター （f : 1mm） TPC ビーム Scintillator （ビームモニター） 5 要求 ビーム • 粒子 : 4He2+ • エネルギー ： 17.5 MeV, 20 MeV, 24 MeV, 30 MeV • ビーム電流量 : 100 enA 日数 各測定項目につき、100k event必要 → ビームレート : 50 Hz, daq efficiency : 50%を想定すると、各項目につき、約1.2 h 1. 2. 3. 4. 粒子のエネルギーに対する位置・エネルギー分解能の依存性 （ビームのエネルギー： 17.5 MeV, 20 MeV, 24 MeV, 30 MeV） 4項目 + セットアップ変更（1 h） → 8.8 h 入射位置に対する位置分解能の依存性 （フィールドケージへの入射位置を変えて測定（18点）） 17項目（1の測定とひとつ重複がある） + セットアップ変更（0.5 h） → 25.5 h 入射角に対する角度分解能の依存性 （ビーム軸とTPCとの角度 : 10°, 20°, 30°） 合計で、55.8 h + 回路調整 0.5 h 3項目 + セットアップ変更（2 h） → 9 h → ビーム要求期間 : 3日間 時間安定性の評価 1項目（12 h） + セットアップ変更（0.5 h） → 12.5 h 6 バックアップ 7 入射位置 ビーム 異なる入射位置の詳細は以下の通りです パッドの中心からの距離 （右図参照） -6 mm, -3 mm, 0 mm, +3 mm, +6mm drift length の異なる3点 drift length : 25 mm, 125 mm, 225 mm フィールドケージの中央に入れる場合と、電場の ゆがみを見るために端に入れる場合 Beam energy (MeV) 30 Drift length (mm) パッド中心からの 距離(mm) フィールドケージ 中心 or 端 25 0 +6 125 -6 -3 0 225 +3 +6 フィールドケージ中心 0 +6 25 0 +6 125 -6 -3 0 225 +3 +6 0 +6 フィールドケージ端 8