Transcript ガス検出器大型化へ向けた分割μ

もくじ
動機
気球実験と検出器大型化
実験装置
分割μ-PICの利用
結果
分割μ-PIC２枚組込みTPCの動作実証
まとめ
電子飛跡検出型コンプトンカメラ
ガス検出器: 散乱体
反跳電子の飛跡と Energy
シンチレーションカメラ : 吸収体
散乱γ線の吸収点と Energy
μ-PIC+GEM
光子毎にコンプトン散乱再構成
1光子 → 到来方向＋Energy
α角を用いたbackground除去
S/N比 COMPTELの10倍
広視野 ~3str
気球実験SMILE
Sub-MeV gamma-ray Imaging
Loaded-on-balloon Experiment
計画名称
ガス検出器
サイズ
帯域
検出モード
目的
SMILE-I
2006-09
三陸
(10 cm)3
0.1-1MeV
コンプトン
原理実証
SMILE-II
2012
大樹町
(30 cm)3
0.1-1MeV
コンプトン
明るい天体の観測
Cyg X-1 or Crab
SMILE-III
2013~
長期フライト
(40 cm)3
0.1 - Multi.MeV
コンプトン＋対生成
対生成モードの実証
＋銀河系中心の観測
POST SMILE-I
SMILE-Iの成果
A.Takada et al. JPSJ (2009)
大気ガンマ線・宇宙拡散ガンマ線観測
レベルフライト3時間で~400 光子検出
SMILE-II,IIIへの課題
検出感度の向上
ガス検出器の大型化
ガスStudy(CF4,1.4atm)
シンチレータの大型化
SMILE-I放球の様子
2006年9月＠三陸
本講演
2010 年次 21pBE-8 (高橋)
2010 年次 20pBP-2 (東)
低消費電力化
読出し回路の改良
2010 年次 20aBE-1 (岩城)
11pSG-11岸本講演
μ-PIC
(Micro Pixel Chamber)
ピクセルのピッチ
400 μm
典型的ガス利得
~ 3000
ガス利得安定性 (ガス交換なし)
>1か月 @ ガス利得 ~ 6000
検出面サイズ
(10cm)2,
(30cm)2
⇒Connectable Type
(20cm)2
400μm
10cm
20cm
分割μ-PIC
debut in 2009
検出面が端詰め
単体：(20cm)2
４枚で(40cm)2
接合部の設計値
~2.6 mm
~0.2 mm
40cm
1枚単体での動作試験
（2009 JPS秋季大会 澤野講演）
Ｇａｓ Ｇａｉｎ
分割μ-PIC これまで
(Ar:C2H6 90:10, 1 atm)
ガス利得
（１０ｃｍ）２
μ-PIC
(20cm)2
分割μ-PIC
μ-PIC Anode [V]
~1300 @ 480 V
> 500 V
ガス利得の一様性
9.3 % @ RMS
Ｇａｓ Ｇａｉｎ
放電
単体での動作試験には成功
(10cm)2より低電圧で放電などの問題
Ｇａｉｎ～１３００＠４８０
Ｖ
ＲＭＳ: ９．３％
Manufacturing problem
アノード中心にずれがあった
⇒(20cm)2μ-PIC製造法固有の問題
製造法を改良した製品
(2010年8月末に納品)
プロトタイプ
改良前
改良後
製法の見直しで今後どんなサイズでも精度よく
⇒放電耐性やGain一様性の向上が期待
実験の目的
μ-PIC (プロトタイプ)２枚を並べた試験
 TPC with GEM
ガス利得 > 15000
ガス利得一様性
比較対象 (30cm)2 ：16.7 % @RMS
ミューオントラッキング
 接合境界付近で飛跡点分布の調査
Set up
GEM １枚
サイズ：20cm x 20cm
E
孔径：90μm
ピッチ：140μm
厚さ：50μm
材質：Cu/LCP/Cu
μ-PIC ２枚
(20cm)2分割μ-PIC
有感領域
10.6 cm
5 mm
440 mm
ガス
Ar:C2H6（90:10）
1 atm 封じ切り
640 mm
TPC外観
接合部
Gain curve
Gas Gain for 2 μ-PICs
Spectrum
Am-241
59.5 keV
Charge [ADU]
Gain ~19000
μ-PIC : 470 V
ΔGEM : 300 V
Edrift : 300 V/cm
Effective Gas Gain
Counts
Summation for 2 μ-PICs
●2009年＠1枚
●2010年＠2枚
μ-PIC Anode Voltage [V]
全領域では1枚での結果と一致
Gain uniformity
μ-PIC : 460 V
ΔGEM : 300 V
＠RMS
μ-PIC#1 : 12%
μ-PIC#1
μ-PIC#2
(12.7% in 2009)
μ-PIC#2 : 29%
＠peak-to-peak
個体間で~２倍
個体内で~２倍
μ-PICの個体差
μ-PICの「そり」による引き込み電場の不均一
を示唆
分割μ-PICにみられた「そり」
角に比べて切れ端の中央付近で~ 1 mm隆起
GEM=μ-PIC間 ~ 5 mmに対して小さくない
「そり」の軽減へ
中継基板を厚くするなどの対策を検討中
Cosmic muon tracking
プラシン
+ PMT(HPK H7195)
Clock [ADU]
Example of muon track
Vessel
TPC
初めてμ-PIC2枚をまたぐ
飛跡の取得に成功！
Drift velocity
Drift Time Distribution
Fitted with :
Counts
Gas:
Ar:C2H6(90:10)
1 atm
E: 300 V/cm
Height: ~ 10.6 cm
Measured
4.29±0.24 cm/μs
Magboltz
4.273±0.006 cm/μs
2.47±0.04 [μs]
Drift Time [ x 10 ns]
シミュレーション結果と無矛盾
飛跡点の計数分布
「そり」がある分、境界の電子を
収集していることを示唆
μ-PIC #2
「そり」あり
計数
μ-PIC #1
境界側から数えたストリップ番号
最も端のストリップでは計数が落ち込み
ガス利得の調整で2枚の計数率を合わせ、より定量的な評価へ
Summary
(20 cm)2分割μ-PIC２枚+GEM

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


動作実証(Ar:C2H6 90:10, 1 atm)
ガス利得：< 19000
一様性：12%(#1), 29%(#2) @RMS
2枚をまたぐミューオンの飛跡検出
飛跡点の計数分布を確認
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電極構造が改良された(20cm)2μ-PICの諸性能
境界付近での電子収集効率の定量的評価
GEMの大型化
＞2week での安定性
今後の課題