Transcript ILCグループの紹介スライド

国際リニアコライダー計画に用いられる
光検出器MPPCの性能評価
筑波大学 数理物質科学研究科 物理学専攻
山崎秀樹
国際リニアコライダー計画
標準理論の裏づけにはヒッグス粒子を呼ばれ
る粒子の発見が必要
 その手段として、新たな高エネルギー加速器
をアジア、欧米各国で共同開発している

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ものを見るってどういうことか
光
目
波長λ
より小さいものを見ようとすると
波長λが小さくなると、周波
数νというものが大きくなる
実は
という式から、小さいも
のを見ようとすると、
が大きくなり、結
果エネルギー が大きくなる
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ＩＬＣ実験
虫眼鏡


最も小さい素粒子を「見る」ためには？
最も大きい「顕微鏡」→加速器を使う
顕微鏡
電子顕微鏡

ではどれくらい大きいかというと・・・
4
加速器：粒子を高速で衝突させる

これが見たい素粒子の色んな情報を持っ
ていて、この情報を読み取る
5
これがその測定器
（つまりは、超巨大顕微鏡）
※注意：これはイメージです
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素粒子のエネルギー測定
ヒッグス粒子を発見するには
素粒子のエネルギーを光に変換し、
その光を検出する
光子を計数出来る素子が必要
素粒子が判別出来る
私は次世代光検出器（光子計数可能な）
MPPCの性能評価実験をしています！！
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なんでMPPCなの？
 カロリメータ内での
粒子の識別が要求される
Electro-magnetic Calorimeter
tungsten plate
 微細な分割が必要
1 cm x 4.5cm x 3 mm
 膨大なチャンネル数
~10 Mchannel
 強磁場(3T)中で使用
光電子増倍管に代わる新しい
光検出器としてMPPC！！
particles
readout by MPPC
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MPPC (Multi Pixel Photon Counter)

浜松ホトニクス社と共同で開発している
次世代半導体光検出器
1mm
3 mm
1.3 mm
１mm
拡大
センサー面
真横からの図 真正面からの図
PMT
MPPC
Cost performanceが良い
Gainが高い(~１０5)
磁場耐性に優れている
軽量で非常にコンパクト
応答が非線形である
熱電子ノイズ
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MPPCの動作原理
Guard ring np+
n+
Si+ Resistor
Al -conductor
光子
SiO2
光子
p-
25~100 mm
電子・ホール
対の生成
Substrate
Substare p+
雪崩増幅
1pixelの断面構造
MPPC
LED
~ 1 mm
APD（Avalanche Photo Diode ）
が1pixelを構成している
駆動電圧は60~80V
MPPC駆動回路
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MPPC Pulse Shape
1 p.e. (photo-electron)
2 p.e. (photo-electron)
1 p.e peak
2 p.e peak
1 p.e.の分解能が良い
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それではILCの説明を終わります
ありがとうございました！！
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Back Up
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Linearity graph
Nfire = (Mean - Pedestal)/d
d = (SPP – Pedestal)/AMP
1600pixelのダイナミックレンジを明らかに
オーバーしてしまっている→なぜ？？？
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従来の検出器（光電子増倍管）
光子計数可能なデバイス 真空管の一種
 Gainの増幅率 106

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Gainの算出方法
d
d  s Gainの算出式
Gain 
Ae
A : Amp gain = 63
e : electron charge
= 1.6 x 10-19 C
S: ＡＤ変換で表される信号の電荷
量 (0.25pc/count)
Gain 
C
e
(V Bias  V o )
Gainの理論式
C : Pixel Capacitance
V0: Breakdown voltage
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Set Up
Gate
(P.D.E.)
Generator
PC
Gate
Signal
Delay
input
AMP ×63
0.5mm Pin Hole
MPPC
WLSF
Green
LED
交換する
Voltage
Voltage
source
Source
PMT
HV
Thermostatic chamber
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Gain
(Previous Version sample result
V0=aT+b
a = (5.67 ± 0.03) x10-2 V
b = 66.2 ± 0.1 V
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Noise rate
(Previous Version sample results)
•30oC
•25oC
•20oC
•15oC
•10oC
•0oC
•-20oC
Vbias – V0(T) [V]
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Cross-talk Probability
(Previous Version Sample results)
・30℃
・25℃
・20℃
・15℃
・10℃
・0℃
・-20℃
2 pixel firedのSignalを
crosstalkとする
Pcrosstalk 
Rate (  1 . 5 p .e.)
Rate (  0 . 5 p .e.)
Vbias – V0(T) [V]
Vbias – V0 < 2.5Vの領域ではCrosstalkは
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あまり増加しない
測定方法
PMT(HPK製 H1161GS)とMPPCでそれぞれ測定した光電子
数を比較し.P.D.Eを下の式から算出する
P . D . E . MPPC 
Npe
MPPC
Npe
 P . D . E . PMT
PMT
Set Up
PMT,MPPCに対して、同じ光量を当てるシステムが必要
MPPC
PMT
WLSF
LED
0.5 mm f Pin-hole
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