Transcript プラスチックシンチ・カロリメータに用いる 光検出器MPPCの波長

プラスチックシンチ・カロリメータに用いる
光検出器MPPCの波長依存性の測定
２００７年９月２２日
日本物理学会 第６２回年次大会
新潟大学自然科学研究科
勝山 啓
宮田等，小野裕明，富山幸祐
GLDカロリメータグループ
プラスチックシンチ・カロリメータ
• 現在、プラスチックシンチレータを用いたカロ
リメータのデザインとしては、通常、シンチ
レータからの光をWLSファイバーでより長波
長に変換し、MPPC等の光検出器で読み出
MPPC
すというものである。
樹脂パッケージ
タイプ
カンパッケージ
タイプ
実験の目的
• 本研究においては将来MPPC等が大型化し
て、WLSファイバーを使わずに直接シンチ
レータ光を読み出すようになる可能性も考慮
して、主として１６００ピクセルのMPPCの波
長依存性について、分光器を用いて評価する。
モノクロメータ（光研工業）
波長範囲：200～1200nm
波長精度：±0.5nm
セットアップ
暗箱内
デジタルマルチメータ
暗箱
clock
Signal
MPPC
LED
Monochromator
AMP
Thermometer
Thermometer
Discriminator
or
clock
Discriminator
GG
latch
ADC
Gate
MPPCの出力特性の波長依存性
測定条件（樹脂タイプ）
オシロスコープでの信号とゲートの図
MPPC印加電圧 78v 79v 80v 81v
波長
350nm～750nm
50nsec
50mV
100nsec
MPPCの
1. ゲイン
2. ブレークダウン電圧(V0)
3. 静電容量
について測定した。
黄色 : LED clock (TTL out)
紫色 : signal (1 p.e.)
緑色 : ADC gate
MPPCのゲインと各波長におけるフォトン数分布
（印加電圧 = 79v）
d
350nm
500nm
650nm
MPPCのゲイン
S d
Gain 
A e
S : ADCゲイン
= 0.25pC/ADCcount
A : アンプゲイン = 63倍
e : 素電荷 = 1.6×10-19C
増幅率の波長依存性
78v
79v
0.35
0.49
4.6%
4.9%
0.47
0.33
350
550
750
80v
81v
0.78
0.63
5.6%
4.4%
0.6
0.74
全体的に長波長になるにつれてゲインの降下が見られる。
ブレークダウン電圧と静電容量
ブレークダウン電圧と静電容量の関係
V0
C : 静電容量
Vbias : 印加電圧
V0 : ブレークダウン電圧
e : 素電荷 = 1.6×10-19C
静電容量(pF)
0.023
78v79v80v81v
75.6
0.23%
75.4
7.9%
0.021
350
550
750
•ブレークダウン電圧V0には波長依存性は見られない。
•一方、静電容量はゲインの波長依存性と同様に
長波長で減少する傾向が見られる。
異なるタイプのMPPCを用いた測定
測定条件（カンタイプ）
MPPC印加電圧
71.5v 72.0v
72.5v 73.0v
波長
350nm～700nm
個数
5個(No147～
No151)
同様に
1. ゲイン
2. ブレークダウン電圧(V0)
3. 静電容量
について測定した。
フォトン数分布（印加電圧=72v）
400nm
700nm
カンタイプMPPCの増幅率の波長依存性
(No148)
71.5v
72v
0.41
0.35
3.6%
0.33
4.1%
0.39
350
550
750
72.5v
0.46
3.4%
0.44
樹脂パッケージタイプと同様の
波長依存性が見られる。
カンタイプMPPCのブレークダウン電圧と静電容量
(No148)
静電容量(pF)
V0
71.5v 72v 72.5v
0.0186
68.6
0.5%
68.3
6.2%
0.0176
350
550
750
•ブレークダウン電圧V0には波長依存性は見られない。
•一方、静電容量はゲインの波長依存性と同様に
長波長で減少する傾向が見られる。
まとめ
• ２つのタイプのMPPCのゲインについて測定
したが２つのタイプとも長波長になるにつれて
ゲインが降下するという波長依存を確認する
ことができた。
• ２つのタイプのMPPCにブレークダウン電圧
の波長依存性はなかった。
• MPPCの静電容量の波長依存はそれぞれの
波長でのゲインに波長依存があり、それに
よって静電容量の違いが生じている。
Back up
Check V0
λ=350nm
λ=750nm
LED performance
LED off event
Noise
AMP off
AMP on
※MPPC is not applied voltage
MPPC
clock
Monochromator
Discriminator
HAMAMATSU C5594
AMP
ADC
Gate
Gate
Gate
clock
Discriminator
Interrupt
Gate