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シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証

シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証. 早大理工研,東大宇宙線研 A ,芝浦工大 B ,神大工 C ,横国大工 D , JAXA/SEUC E 仁井田多絵,鳥居祥二,笠原克昌,小澤俊介, 中川友進,植山良貴,九反万里恵,中村政則, 吉田圭祐,渡辺 仁規,赤池陽水 A ,吉田健二 B , 田村忠久 C ,片寄祐作 D ,清水雄輝 E ,他 CALET チーム. 13aSP-1. CALET 計画概要. CALET (CALorimetric Electron Telescope) 高エネルギー宇宙線観測装置

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シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証

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  1. シミュレーション計算によるCALET搭載装置の軌道上性能検証シミュレーション計算によるCALET搭載装置の軌道上性能検証 早大理工研,東大宇宙線研A,芝浦工大B,神大工C,横国大工D ,JAXA/SEUCE 仁井田多絵,鳥居祥二,笠原克昌,小澤俊介, 中川友進,植山良貴,九反万里恵,中村政則, 吉田圭祐,渡辺 仁規,赤池陽水A,吉田健二B, 田村忠久C,片寄祐作D,清水雄輝E,他CALETチーム JPS2012秋季大会@京都産業大学 13aSP-1

  2. CALET計画概要 CALET (CALorimetric Electron Telescope) 高エネルギー宇宙線観測装置 ISS日本実験棟曝露部にて5年間の観測を予定 観測対象: 電子1GeV~20TeV, γ線10GeV~10TeV 原子核 数10GeV~1000TeV International Space Station Dark Matter annihilation or decay Japanese Experiment Module (Kibo) e- & e+ 2gamma Cosmic Ray Sources electron gamma nucleus JPS2012秋季大会@京都産業大学

  3. CALET装置構成 448 cm IMC(IMaging Calorimeter)  シンチファイバー(SciFi)を448本ずつXY交互に積層  間にタングステンを挿入(全8層、3r.l.) → 粒子の飛跡再構成 cm TASC(Total AbSorption Calorimeter) PWOを16本ずつXY交互に積層(全6層、27r.l.)  → エネルギー決定、粒子識別 CHD(CHarge Detector)  プラスチックシンチレーターを14本ずつXY交互に積層  → 入射粒子の電荷測定 cm 320 cm ★ 高密度で放射長の短いPWOを使用  → 高エネルギーまで高精度でエネルギー決定 ★ IMCによる飛跡再構成+TASCのシャワー形状  → 高精度で粒子識別(バックグラウンド除去) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  4. 搭載モデル CHD CALET搭載モデルを模擬した構造をシミュレーションで構築 IMC • シンチレーティングファイバーの不感領域 • IMC層間のハニカム構造 • PWOの面取り構造 TASC 搭載モデルの性能検証 • 電子の検出効率・エネルギー分解能 • 原子核の検出効率・エネルギー分解能 • 到来方向決定精度 • 粒子識別性能 SciFi不感領域(クラッド) PWO面取り構造(模式図) IMC層間のAlハニカム JPS2012秋季大会@京都産業大学

  5. シミュレーション条件 • トリガー条件 • イベント入射条件 •   検出器上面より一様等方入射 • シャワー軸の幾何条件 4種類の幾何条件でイベントを選別 幾何条件(1) 幾何条件(3) 幾何条件(4) 幾何条件(2) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  6. 電子に対する検出効率・エネルギー分解能 • 検出効率 電子1TeV 100% • エネルギー分解能   幾何条件(1)   幾何条件(4) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  7. 原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能 p He C Si Fe • 検出効率(high energy shower trigger) 陽子10TeV • エネルギー分解能(TASC4層以上で衝突) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  8. 到来方向決定精度 • IMCのシャワーコアを用いてシャワー軸を再構成 • IMC下層でシャワーコアを検出 • IMC上層の情報を加味してシャワー軸を再構成 68% IMCで正しいシャワーコアを検出するのが困難なイベント(斜め入射、後方散乱の影響など)は、TASCの情報も使用することで、角度分解能向上 γ線100GeV 電子10GeV JPS2012秋季大会@京都産業大学

  9. 電子/陽子識別性能 Cosmic-ray protons Cosmic-ray electrons a few electrons / cm2 sr day a few electrons / m2 sr day 電子観測の際の陽子バックグラウンド • スペクトルのべき指数 : e:~-3.0 p:~-2.7 • 電子・陽子フラックス比: • 1:100 @ 10GeV • 1:1000 @ 1TeV 陽子の混入率を数%以下に抑えるためには、105程度の陽子除去性能が必要 電子1TeV 陽子2.9TeV • シャワー発達の違いを用いて電子識別 • 横方向の広がり •  ・・ 電子 ~ 1RM (~2cm)以内に90% •    陽子 ~ RM以上 • 縦方向の発達 •  ・・ 電子 ~ TASC内で全吸収 •    陽子 ~ TASC内吸収は4割程度 JPS2012秋季大会@京都産業大学

  10. 電子/陽子識別性能 シャワーの横拡がり エネルギー損失比 TASCにおける横拡がりとエネルギー損失比の 相関から電子を選別 Step 3. シミュレーションイベントを生成 ― 電子:1TeV, 2.0x105イベント ― 陽子:1~1000TeV (E-2.7dE) 7.4x105イベント トリガー条件(High Energy Shower) →70%の陽子を除去 Step 1. Xi  : シャワー軸中心 ΔEi,j: i層j番目のPWOの       エネルギー損失量 入射エネルギーを推定し、電子が95%残るエネルギー範囲を選別 Step 2. electrons protons Preliminary JPS2012秋季大会@京都産業大学

  11. 電子/陽子識別性能 IMCにおける横拡がりを用いてTASCで反応した陽子を除去 IMC1層目のエネルギー損失量を用いてCHDで反応した陽子を除去 Step 4. Step 5. TeV領域における陽子除去能 : ~ 1.0 x 105 (電子70%取得) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  12. まとめ • 電子に対する観測性能 • エネルギー分解能 : < 1.5% (>100GeV) • 陽子除去能     : ~ 1.0 x105 (@TeV) • ガンマ線に対する観測性能 • エネルギー分解能 : < 3.5% (>10GeV) • 角度分解能     : ~0.3deg (> 10GeV) • 原子核成分に対する観測性能 (TASC4層以上で最初の相互作用) ― 検出効率 ・ H : 19 ~ 40 % (0.1~100 TeV) ・ He : 27 ~ 50 % (0.1~100 TeV) ・ C : 43 ~ 66 % (0.1~100 TeV) ・ Si : ~ 71 % ( 1~100 TeV) ・ Fe : ~ 71 % ( 1~100 TeV) ― エネルギー分解能 ・ H : 32 ~ 41 % (0.1 ~ 100 TeV) ・ He : 28 ~ 37 % (0.1 ~ 100 TeV) ・ C : 25 ~ 40 % (0.1 ~ 100 TeV) ・ Si : 30 ~ 40 % ( 1 ~ 100 TeV) ・ Fe : 20 ~ 37 % ( 1 ~ 100 TeV) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  13. End JPS2012秋季大会@京都産業大学

  14. 原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能 • 検出効率(TASC4層以上で衝突) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  15. 電子/陽子識別性能 幾何条件(1) 幾何条件(2) 幾何条件(4) 幾何条件(3) JPS2012秋季大会@京都産業大学

  16. 電子/陽子識別性能 • 混入陽子イベントの衝突位置: • CHD (2イベント) • →IMC1層目のエネルギー損失量で除去 • IMC ( 9イベント) • TASC (1イベント) • →IMCの横拡がりで除去 CHDで衝突した陽子 IMCで衝突した陽子 JPS2012秋季大会@京都産業大学

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