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GEM/μPICを用いた真空紫外 イメージング検出器VI 日本物理学会 第67回年次大会 2012年3月27日 関西学院大学 関谷洋之 東京大学宇宙線研究所 窪秀利,谷森達 京都大学理学研究科 黒澤俊介,柳田健之, 横田有為, 吉川彰 東北大学多元物質研究所 福田健太郎, 石津澄人,河口範明, 須山敏尚 株式会社トクヤマ 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) Introduction VUVシンチレーター UVシンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメージャー CsI光電面 ガスイメージング装置 10cm μPIC ＋GEM LaF3(Nd3+ 8%mol) λ=172nm,τ= 6ns 初めは5.5MeVa線源でのイメージング 241Am 2.6MBq照射 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 高光量シンチレータの開発 Nd dopeしたフッ化物結晶 Crystal Nd:LuLiF4, Nd:LuF3 Z Density [g/cm3] Wave length [nm] Decay time [ns] Nd:LaF3 53 5.9 173 7 Nd:LuLiF4 64 6.2 183 12 Nd:LuF3 66 8.3 178 10 10mm 5mmt 5.5MeV α( 241Am) LaF3 LuLiF4 LuF3 PMT 浜松R8778(QE=30%) による測定 1.0 : 2.1 : 2.6 →LaF3に比べた光量 • LuLiF4 は 2.1 倍 • LuF3 は 2.6 倍 関谷洋之 3 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 57Co 122keV gによるイメージング 57Co (122keV g) f=5mm UV photon 54mm photo electron Nd:LuLiF4に 直接CsIを蒸着した window 34mm Insensitive region X線でのイメージング実証へのステップ ◦ QE は未だ低いが、検出効率はガス検出器に比べて向上 関谷洋之 4 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 講演内容 課題 量子効率の向上 ◦ 理研→浜松の新反射型光電面を入手 ◦ NeベースのガスでのQE測定 長期動作試験 これらを評価するためのセットアップの構築 • 地下から地上へ • Nd:LuF3光源の評価とQE評価のためのDAQ • Neベースガスの露点モニターとゲッターの導入 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 基準光源としてのNd:LuF3の評価 QEの分かった検出器(PMT)での測定 10mm 5mmt 5.5MeV α( 241Am 3kBq) LuF3の発光波長スペクトル 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 2種類のPMTでの比較 R7281(ZK0777) R6835(PA0138) ◦ CsI光電面, MgF2窓 ◦ Bialkali光電面, MgF2窓 QE 30%@178nm QE 1%@178nm 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) ガス用のDAQでデータ取得 5×105ゲイン(ブリーダをカスタマイズ 50Ω termination) ◦ アンプ クリアパルスCP581 0.2V/pCに改造 ◦ FADC CAEN DT5724 250mV→1.56×107electrons→31p.e. 6mV→3.8×105electrons→0.8p.e. QE(R6835)/QE(R7281)= 1/30を確認 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) ガスの純度(H2O不純度)モニター 封じ切り容器中のCsI劣化要因のH2O量を抑える ◦ 長期測定や、ガス依存性等を測定するのに不可欠 関谷洋之 容器の中身 ◦ SUS容器 ◦ バイトンO-ring (良くないだろう) ◦ uPIC/GEM ◦ PEEKフレーム、ネジ ◦ SHV,BNCセラミックフィードスルー ◦ 半田 ◦ カプトンテープ ◦ 10kV耐圧シリコン被覆導線 ◦ MgF2窓 ◦ 銅電極 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 封じ切り容器での測定 TMPで2日間真空引き → 5×10-4Pa Ne(95%)CF4(5%)を 0.105MPa導入 封じ切って露点を測定 温度計 露点計 ◦ CP 80268 data logger 圧力計 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 露点温度 ガス温度 容器ゲージ圧 初期のゲイン変動にも影響？ 関谷洋之 絶対湿度 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) ゲッターの導入 SAES CapaciTorr D-400-2 ◦ 3nm 金属メッシュフィルター ◦ 5×10-4Paまで引いたあと、 Ne(95%)CF4(5%)を0.105MPa導入 ◦ 高純度ガスポンプで1.2L/minで循環 検出器容器 露点計 真空 ポンプ 圧力計 マスフロー コントローラ 1.2L/min 温度計 循環ポンプ SAES ゲッター フィルター 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 露点温度 ガス温度 容器ゲージ圧 絶対湿度 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 絶対湿度：封じ切り 絶対湿度：封じ切りゲッター循環 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) まとめと今後 Nd:LuF3結晶を用いて量子効率を評価する系を確 立した。 ゲッターを用いることで、封じ切りガス循環で長期 純度を保つ(H2Oを抑える)手法を開発した。 →ICFフランジの真空容器 →PMTのようにタブレット型Getterの導入 →地下へ戻る？ 量子効率の評価 ◦ 新反射型光電面の評価 ◦ Neベースのガスでの最適化 長期動作試験 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) Extra slides 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 透過型CsI光電面によるセットアップ 透過型光電面 ◦ 5t MgF2窓 ◦ Al電極 エッジ＋10mmヒゲ ◦ CsI蒸着50mm o(10nm) 関谷洋之 QE～1% 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 反射型CsI光電面によるセットアップ 反射型光電面 ◦ 10cm 100μm LCP GEM ◦ 2μmNi、0.2μmAuメッキ ◦ CsI蒸着 o(100nm) 関谷洋之 QE～3% 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) ハイブリッドイメージング検出器 シンチレーター窓 241Am (5.5MeV a) f=2.5mm UV photon 3mmt Nd:LuLiF4 photo electron φ54mm Ni contact CsI active area φ34mm 3.5 mm X= 50.9 mm =3.4 mm 関谷洋之 X= 54.3 mm 19 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) 今後の計画 CsI 量子効率の向上 ◦ 改良反射型光電面by浜松 ◦ Neベースのガス ◦ 低圧での動作 Bersikin et al., NIMA 442(２０００)５８ mPIC Micromegas 新結晶とX線イメージング LAr/LXeでの使用 JINST 5 (2009) P10002 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) LAr/LXe + CsI 希ガスシンチレーターの発光波長 CsIの短波長でのQE Liquid Ar + CsI の組み合わせ？ A.Breskin NIMA 371(1996) 116 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) Readout system NIMA 513(2003) 94 ASD chip for ATLAS TGC 0.8V/pC Position Encoder FPGA x 3 100MHz clock Obtained image 関谷洋之 22 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) GEM::SMASH Φ70μm ピッチ140μm 10cm×10cm 100μm LCP ×20対物レンズ（レーザー） ×150倍対物レンズ （カラー＋レーザー） KEYENCE VK9700 カラー３D レーザー顕微鏡 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学) μPIC::μPIC-SE 400μmピッチ、10cm×10cm 16ch+16ch読み出しのμPIC-SE さらに4ch+4ch読み出しで使用 ×20倍対物レンズ （カラー） ×20倍対物レンズ （3Dレーザー） 関谷洋之 2012年3月27日 日本物理学会第67回年次大会(関西学院大学)