Transcript Readout Board (ROB)

MPGDの開発
宇野彰二
平成17年5月25日
MPGDの利用範囲
• TPC
– 非連続なワイヤーによって行く部分でのEｘBが
避けられる。
– イオンフィードバックが少ない
• 2次元検出器（含X線）
– High rateに耐えられる。
– X線検出器として有効になれば応用範囲広がる。
• 宇宙からのX線、医学応用、構造解析、文化財調査
• 位置情報のあるGas PM(安価、低物質）
– Ring Imaging
GEMの利点
• 安価、大型化容易
– ガス検出器の特徴を生かす。
• ガス増幅部と読み出し部とが独立
• 多段化可能
– 低電場 放電を避けられる。
– 他の補助にも出来る
• 高電場が局在
– 放電の抑制効果
GEM
開発アイテム
• GEMフィルム自体
– 大きなもの、安価 → ケミカルエッチング
• TPC
– 3次元
– ILC、原子核と共同開発
– パッド、アナログ読み出し
• X線検出器
– 2次元
– ストリップ、デジタル読み出し
• Gas PM
– 高ゲイン
– CｓI Photo Cathode等
MPGD開発年次計画 17年度
• 前期
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–
–
–
–
–
10cmx10cmのテストチェンバーの製作
GEM ： CERN製または渕上ミクロのプラズマ
林栄で型に取り付け
3層でILC-TPCのプロトタイプと基本的に同じ構造
読み出しPCB XYのストリップ (400mmピッチ)
Belle CDC用エレキで信号の確認
基本特性の理解
• 後期
–
–
–
–
10cmx10cmのX線検出器の製作
構造は、基本的に上記と同じ
エレキ ： VA1チップ＋田中製K2Kエレキを修正
年度内にX線のイメージ画像が取れることを目指す。
X線検出器
• とりあえず、１０ｘ１０ｃｍ２のX線検出器で
2次元の画像が取れることを示す。
– 次年度以降大型化
• 直交したストリップ
– かなり先で小パッド？
• デジタル読み出し
– テストは別エレキでアナログを読むこともOK
• 既存のエレキ
– 次年度以降専用ASICの開発？
テスト チェンバー
Readout Board (ROB)
•
Readout Board
– high position resolution
– 2 dimensional readout
•
components
– double layers of perpendicular copper strips
•
fabrication procedure
– close to one of used for GEM
• wet etching ~ Raytech, CERN
• laser etching ~ Raytech
100mm
Kapton (50um) Cu (4um)
80um
100mm
340um
400um
Cu (4um)
G10 (100um)
electron microscope image and schematic image
Flexible Printed Circuit
500 channel
prototype
Fabrication procedure of ROB
• Raytech
– Wet etching
– Laser etching
• CERN
• Cost
– 1,000,000/3sheet
•Problem
–Over etching
–Mountain shape
•only 50um kapton
3方向読み出し
X線吸収画像
• X線結晶構造解析へ
– 時間情報のある二次元画像＋結晶を回転
原理的には「一回転」で「全反射角」をカバー
X線構造解析
μ-PICで撮られた連続写真
• X線結晶構造解析 原理実証実験
– イリド（C11H10O2S）結晶（直径400μm）を解析
– 回転角度（検出時間）情報による強力なBG除去
3D積分イメージ
２D積分イメージ
(回転角度情報)
(一般の検出器でも得られる)
5σ超を抽出
（1556 SPOTS）
約100秒の測定で
CCD3時間に匹敵する
結果を得た
GEMフィルム自体
• ケミカルエッチング
– CERN,アメリカ
– 大型化、安価
• 張り方の方法の確立
– 印加時間によりGainが増大する。
• 解決策の模索
• 本当に問題化？仕様として受け入れる？
– 日本でもこの手法の確立を目指す。
• プラズマエッチング
– 東大CNS
– 大型
– 開発状況を注視
• レーザー
– 理研
– 高価
– 小口径、小ピッチ間隔 → 本当に有効か？
J.Benlloch et al., NIMA419(1998)410
R.Bouclier et al., NIMA396(1997)50
18年度
• 前年度の成果を基にどう進むべきかの検討、
– 検出効率の向上
• ガス
• X線電子変換構造の組み込み
–
–
–
–
–
200mmピッチ
30cmx30cm
読み出しの高速化
田中製ASICチップ
GEMフィルムの開発？
• 利用して貰えそうな研究プロジェクトを選択し、そ
れに最適化されたX線検出器の製作？
TPC
• シグナルの特徴の理解
– シグナルの拡がり
– 立ち上がり時間
• 各電圧の掛け方とシグナルの変化
• GEM部での不定性の理解
– シグナルの拡がり
• イオンフィードバックの量
• 大型化
– 張り方
– 電圧印加の分割の必要性？
Gas PM
• High Gain
– 現在、3層で１０５
– 5層でどこまでいくか？
– 多分、多層でも高い増幅度は望めない。
• 理由解明
• 次年度以降：解決策？ → GEMフィルムの開発？
• Photon conversion（次年度以降）
– CsI Photo Cathode？
• 今年度：他のグループ動向を注視(東大CNS他）
– TEA？
–他
光子変換効率
Man Power(とりあえず）
• 開発主体
– KEK
• 宇野、関本、氏家
• 田中、村上、仲吉、池野
– 大阪市大
• 中野
• 共同開発
– ILC
• 佐賀大
– 原子核
• 大阪電通大、大阪RCNP、KEK
– X線
• KEK（物質構造研）
– 林栄精器