Transcript パワーポイント（6.41MB） - 首都大学東京 高エネルギー実験研究室

30aRG-1
KEK-B Linac 陽電子生成用
単結晶標的の開発
東京都立大学理学部物理学科４年
高エネルギー実験研究室
春名
毅
研究組織
春名毅,梅森健成C,奥野英城B,金丸雄亮,
紙谷琢哉A,佐藤政則A,杉村高志A,
諏訪田剛A,浜津良輔,古川和朗A,吉田勝英D,
A.P.PotylitsinE, I.S.TropinE, R.ChehabF
都立大理,KEK加速器A,KEK素核研B,KEK物構研C,
佐賀シンクロトロンD
Tomsk Polytechnic UniE,LALF
2006年春学会＠愛媛
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研究目的
Ｂファクトリー陽電子生成用標的としての
タングステン単結晶の可能性を実験的に評価
高強度の陽電子源の開発
 4GeV電子ビーム⇒タングステン単結晶
 陽電子生成率の…


①単結晶標的の厚さ依存
②生成された陽電子の運動量依存(10MeV/c･20MeV/c)
③多結晶標的との比較
陽電子ステーション用プロトタイプターゲットのテスト
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現在の加速器の陽電子源
重金属多結晶標的に
電子ビームを照射
⇒電磁シャワー中から発生する
陽電子を後段で捕獲し、再加速。
Ｂファクトリー入射器では、陽電子源の標的として、
14mmの多結晶のタングステンが用いられ、
運動量 8～12MeV/c, θ＜0.30rad
の陽電子を再加速している。
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単結晶標的内でのγ線生成の特徴
単結晶標的
コヒーレント制動放射
電子の制動放射により放出さ
れたγ線が結晶の周期性に
よって干渉する。
チャンネリング放射
結晶軸（面）にほぼ平行に電子が入
射したときに電子は螺旋運動をしな
がら干渉性のあるγ線を放射する。
高強度のγ線
⇒高強度の陽電子生成
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KEK-B Linac
ビームスイッチヤード
KEK-B Linac(約600m)
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実験装置
～10-3torr
単結晶タングステン
多結晶タングステン
3～18mm(3mm間隔)
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陽電子の運動量を選択
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ゴニオメータと標的
Polycrystal
Tungsten
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Single-Crystal
Tungsten
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セットアップ（後方）
Target
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実験条件
電子ビーム
エネルギー： 4GeV
バンチ幅（FWHM)： 10psec
強度： 0.2nC/bunch(～109)
ビームスポットサイズ（FWHM)：～1.8mm
Single-Crystal 12.2mm
標的(タングステン：放射長X0=3.5mm)
多結晶標的：3～18mm(3mm間隔)
単結晶標的：2.2, 5.3, 8.9, HIP11, 12.2mm
結晶軸：<111>
①HIPによって結晶がダメージを受けていないか
②ビームの入射方向によって結晶軸は変わらない
か
陽電子ステーションにおいて
ターゲットを冷却する為の加工
HIP加工済み11mm
※HIP:熱間等方圧加圧法(High Isostatic Pressing)
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実験結果(Rocking Curve):20MeV/c
ビーム軸に対して結晶軸を回転して、陽電子強度を測定。
⇒陽電子強度の角度依存がわかる。
陽電子強度
14.2mm
FWHM
12mm
8.9mm
On-Axis(Peak)
Enhancement
=On-Axis/Off-Axis
5.3mm
Off-Axis
2.2mm
回転(mrad)
※
Off-Axisの陽電子生成量は、多結晶標的の陽電子生成量と
同等ということは、実験的に確かめられている。
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Enhancementと Rocking Curve の半値幅
Enhancement：On-Axis/Off-Axis
ＨＩＰターゲット
HIPターゲット
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陽電子生成量の厚さ依存性
約11%
約16%
10MeV/c
20MeV/c
縦軸は電子1個が標的に入射した時に、陽電子が検出器に届く確率。
⇒シミュレーションから算出
陽電子の運動量が低い方が、
ターゲットの厚いところで、強度がピークになる。
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まとめと結論

KEK Linacで陽電子の強度を上げる実験を行っ
た。
 単結晶による効果は、多結晶に比べて
10MeV/c⇒約11%
20MeV/c⇒約16%
 HIP加工をしても単結晶はダメージを受けない
ことが確認された。
 Linacでは、陽電子ステーションから出てくる
8～12MeV/cの陽電子を、再加速させている為、
最適な厚さは約14mmである。
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今後の予定
夏に向けて、KEK-B Linacの陽電子ステーショ
ンに単結晶タングステン標的を実装する準備を
する。
KEK-B Linac 陽電子ステーション
陽電子ステーションの模型
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おしまい
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Detector
Lead-Glass Cherencov
Counter
Lucite Cherencov Counter
PMT×4
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データの取得
Beam Current Monitor
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陽電子強度
ロッキングカーブのフィッティング
Γ
B
ビーム軸に対して結晶軸を回
転して、陽電子強度を測定。
⇒角度依存がわかる。
Single Lorentzian
f ( x) 
x0
結晶標的の厚さ
垂直方向の回転(mrad)
A
x  x0 2   2 
2
B
2.2・5.3mm⇒Double Lorentzianでフィット
8.9・HIP11・12・14.2mm⇒Single Lorentzianでフィット
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Geant4によるシミュレーション
単結晶の位置から
標的の位置から、陽電子を一
様に分布させた。
0≤θ≤0.08 0≤Φ≤2π
0.9P0≤Pe+≤1.1P0
非結晶の位置から
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Off Axisは本当にAmorphousか!?
2000年9月に実験
Off-Axisは、Amorphousと同等と言える。
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Rocking Curve of HIP Target
e-
e-
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結晶軸のビームの入射方向依存
Ｖ軸は変化しないが、Ｈ軸は
反転する。
Peak Position
H 軸(m rad) V軸(m rad)
①
-9
-13
②
0
-13
結晶軸がビーム入射方向
（前後）に依存しない。
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フィッティング関数
 y   2 
x
1
dy
Gaussianの積分: F (x ) 
exp 
2


2 
2

    
p1 F p 4  F p 3
変数変換
Error Function:Erf (x ) 
 
2 x
2
exp

t
dt

0


p3
 p 
p1 
Erf  4
2 
 2

 p 
  Erf  3

 2



  p0



 p 
  Erf  3

 2



  p0



 p 
  Erf  3

 2



  p0


p4
    
p1 F p 4  F p 3

p0
 p 
p1 
Erf  4
2 
 2
    
p1  F p 4  F p 3

p1:Normalize
p2:σ
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 p 
p1 
 Erf  4
2 
 2
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結果
2.2ｍｍ
5.3ｍｍ
p0:Back Ground p1:Normalize p2:σ
p3:Target Position (-) p4:Target Position (+)
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結果
8.9ｍｍ
12ｍｍ
14.2ｍｍ
p0:Back Ground p1:Normalize p2:σ
p3:Target Position (-) p4:Target Position (+)
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ビームスポットサイズ結論

σ=0.74±0.11mm

FWHM
 2 2 ln 2
 2.3548
 1.75  0.26mm
8.9mm
12mm
14.2mm
5.3
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2.2mm
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