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マイクロ MEGAS を用いた X 線検出器の開発

マイクロ MEGAS を用いた X 線検出器の開発. 宮崎大学工学部材料物理工学科 松田達郎. 開発のきっかけと目的 　・ KEK PS AIDA(E248) 実験と CERN COMPASS(NA58) 実験 宮崎大学での開発とテスト まとめと今後. 開発のきっかけと目的. 経過 1992 年　 KEK PS AIDA 実験（ E248 ） のターゲット直後の荷電粒子飛跡検出　　　　　器として、 MSGC の開発を開始。 IC 製作技術 を使用。 　　　　　　（放電によるストリップの損傷の問題解けず）

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マイクロ MEGAS を用いた X 線検出器の開発

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  1. マイクロMEGASを用いたX線検出器の開発 宮崎大学工学部材料物理工学科 松田達郎 • 開発のきっかけと目的 • 　・KEK PS AIDA(E248)実験と • CERN COMPASS(NA58)実験 • 宮崎大学での開発とテスト • まとめと今後 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  2. 開発のきっかけと目的 経過 1992年　KEK PS AIDA実験（E248）のターゲット直後の荷電粒子飛跡検出　　　　　器として、MSGCの開発を開始。IC製作技術を使用。 　　　　　　（放電によるストリップの損傷の問題解けず） 1994年　その後、MGWC(Micro Gap Wire Chamber)の開発し本実験に使用。 プリント基板技術の使用。しかし、ワイヤーの使用に逆戻り。 1997年　CERN COMPASS実験（NA58）が採択されCOMPASS実験のSAT　　　　　　（Small Area Tracker）として、 　　　　　　・GEM（CERNグループ) 　　　　 　　　（当初はMSGCとの組み合わせを検討。後にマルチGEMになる。） 　　　　　　・MicroMEGAS（Saclayグループ） 　　　　　　　などを開発し、実験で使用。（2002年からの本実験で動作中） 　　　ちなみに、COMPASSでは、日本グループ（山形、宮崎、中部大学、KEK、、（名古屋））はSciFi（シンチレー　ションファイバー）トラッカーの開発に従事。 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  3. MGWC （Micro Gap Wire Chamber)の開発 （性能） サイズ：30×10cm2 アノードワイヤー：0．5mm間隔 　　　　　　（ワイヤー径：12μm） カソードストリップ：1mm間隔 ギャップ間隔：50μm レート：1×104/mm2/s以上 NIM A481 (2002) pp.166-173. マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  4. Beam:160 GeV μ+ 2 . 108 µ/spill (4.8s/16.2s) Muon filter 2 MWPCs ECal2 & Hcal2 ~50m SM2 Muonfilter 1 ECal1 & Hcal1 RICH GEM & MWPCs SciFi SM1 GEM & MWPCs Silicon SciFi Scintillating fibers • Polarization: • Beam: ~80% • Target: <50%> GEM & Straws Micromegas &Drift chambers 偏極ターゲット COMPASS spectrometer マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  5. Micro　Pattern Gaseous Chambers at COMPASS GEM (Munich,CERN) MicroMegas (Saclay) • 40 planes, 30cm x 30cm • two dimensional read-out • spatial resolution ~50 mm • time resolution ~ 12 ns • efficiency ~ 96 – 97% • 12 planes, 40cm x 40 cm • High flux (300 kHz/strip) • spatial resolution ~70 mm • time resolution ~ 8 ns • efficiency ~ 96 – 97% マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  6. MicroMEGAS（MiroMEsh Gaseous Structure）の原理 ・プリント基板技術 ・工業用金属メッシュ板 を使用。 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  7. 宮崎大学での開発 • MGWCを用いたX線検出器の開発を開始。 　　　（しかし、ワイヤー間隔0.5mmが限界。製作が面倒） • COMPASS実験でGEMとMicroMEGASがうまく走っている。 • GEM基板は製作が容易でない。（CERN製しかうまくいかないようだ） • MicroMEGASは、工業用の金属メッシュを買えば使える。 • MGWCのワイヤーを金属メッシュに置き換えるだけで、MicroMEGASになる。－＞宮崎でもできそう。 • 当面、X線トポグラフィーの2次元X線検出器としての開発をめざす。 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  8. 今回使用したMicro-Meshはどんなものか？ • ニッケル製 • 500ワイヤー/インチ • 透過度60% • ワイヤー径 0.00045インチ • 穴のサイズ0.00155インチ 一般にはフィルターとして使 われるもののようだ。 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  9. 宮崎大学の検出器の構造（１） ガスはアルゴンとジメチルエーテルの混合ガスを使用 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  10. 宮崎大学の検出器の構造（２） マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  11. テスト実験の構成 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  12. ・ガス混合比、印加電圧を変えて、X線源を使用してのテストを行った。・ガス混合比、印加電圧を変えて、X線源を使用してのテストを行った。 ・5．9keVのX線エネルギーに対するピークを確認した。 ・使用ガス：アルゴン＋DME 信号測定 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  13. 信号スペクトルの変化 メッシュ電圧を変化 DCP電圧を変化 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  14. パラメーターを変えての 増幅率、 エネルギー分解能 信号増幅率（ρ固定） • 電界比　ρ=Ea/Ed Ea : 増幅電界、Ed：ドリフト電界 エネルギー分解能（ρ変化） マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  15. specimen Slit S2 Slit S1 plate CuKα1 monochromator マイクロMEGASのＸ線物質表面観察法への応用 　例えば、X線トポグラフィーによってシリコン結晶表面の格子間隔 の歪みを極めて精度良く測定できる。このX線検出器として、マイク ロMEGASを使用することを考える。 　使用するX線のエネルギーも8keV程度で適当である。 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

  16. （まとめ） • MGWCを改造したマイクロMEGASで“あり合わせ”の条件で信号を見た。 • まだまだエネルギー分解能など悪し。 • さらに安定した信号検出の条件の追求。 （今後） • シミュレーションと設計 • 2次元パターンプリント基板の作成とテスト （現在は、基本的に1次元） • 信号読み出し回路の製作 • 2次元X線画像の検出テスト • 資金の獲得 マイクロＭＥＧＡＳを用いたX線検出器の開発

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