μPIC の高ゲイン化ー高エネルギー実験への応用ー

μPIC の高ゲイン化ー高エネルギー実験への応用ー野崎光昭（神戸大）実働：永吉，高田（京都大）

GEM MicroMEGAS http://www.gdd.web.cern.ch/GDD/ Y. Giomataris et al, Nucl. Instr. and Meth. A376 (1996) 29 μPIC ３種類のMPGD

VA = 560V Bad electrodes < 0.1% Anode Cathode μPIC has been very much improved ! Stable gain ~104 Gain uniformity σ=4.5%

E field of MSGC 変更の動機：MIPが見えるようにゲインを上げたい！ • 単一シートで増幅可能（GEM/MicroMEGASでは複数の層，スペーサが必要） • HEPで量産する場合には単純構造が有利（ワイヤー張りはもうたくさん！） • シート自体は複雑だが量産効果が期待できる（複数層の組立は量産に不向き） • アノード・カソードの結合が強い電場ではカソードからの電子放出が放電の元？ • カソード表面電場を下げて，アノード表面電場を上げる

E field of MSGC 答：ドリフト電場を大きくする • ただし，大きくしすぎると電気力線がアノードに集まらない • →電子収集効率が低下（最適化が必要：Maxwell3D+Garfield） • 必然的にドリフト空間へのイオンフィードバックが大きくなる • →TPCに応用するならgating gridが必要 • 基板の厚さ100μmがすべてのスケールの基準（境界条件）となる • 最適化の結果：ED=5kV/cm，φA=50μm，φC 200μm，pitch=300μm

電極表面高さでの電場の強さ 従来のμPIC 新しいμPIC 100 kV/cm 200 kV/cm 100 kV/cm anode cathode anode cathode アノード表面の電場に比べてカソード表面の電場が小さい

電子の収集効率 = 90％

ガス増幅率 Gas : Ar80% + C2H620%

高エネルギー実験への応用 • Wireless Thin Gap Chamber • Large area tracking device • Muon chamber • Sampling calorimeter • HCAL(&ECAL?) for LC detector • TPC end plate • need to suppress ion feedback w/ additional chamber • Photon detector • w/ photocathode • SK-like detector • Cherenkov telescope

a few mm 高エネルギー実験への応用 TPC readout with an additional GEM sheet as a gating grid Sampling calorimeter

今後の課題 • プロトタイプの製作と基本特性試験（ガス増幅率等） • 長期安定性，高頻度環境での動作等々 • ガスの最適化 • 基板表面への電子・イオンの蓄積（水分，表面抵抗） • 読み出し方法（アノード／カソード） • エレクトロニクス（本当に107が実現するならアンプは不要？） • 基板サイズはどこまで大きくできるか？ • 量産（コスト低減） • 具体的な実験への応用 • 興味のある方は是非ご参加下さい

μPIC の高ゲイン化 ー高エネルギー実験への応用ー