1 / 53

GCOE symposium 2013 March 9 Y. Nagai (STE lab)

Development of new solar neutron telescope. GCOE symposium 2013 March 9 Y. Nagai (STE lab). Contents. Observation of solar neutrons Introduction of the SciCRT Efficiency of the SciCRT Current status. 1.Observation of Solar Neutrons. The Sun is the nearest particle acceleration source.

dianne
Download Presentation

GCOE symposium 2013 March 9 Y. Nagai (STE lab)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Development of new solar neutron telescope GCOE symposium 2013 March 9 Y. Nagai (STE lab)

  2. Contents • Observation of solar neutrons • Introduction of the SciCRT • Efficiency of the SciCRT • Current status

  3. 1.Observation of Solar Neutrons • The Sun is the nearest particle acceleration source. • Solar flares sometimes occur at the Sun and particles are accelerated to high energy. What is Solar flare? • Explosion at the solar surface • Energy released: 1027～1033erg • 1event/month～10events/day • Duration :1min～10hours

  4. The acceleration and neutron production Magnetic field The ions might be accelerated by magnet reconnection. The solar surface Asai. A.,et al., 2004, ApJ, 611, 577.

  5. The acceleration and neutron production Reconnection point Accelerated particles interact with the solar atmosphere

  6. The acceleration and neutron production The geometry of field lines are changed.

  7. The acceleration and neutron production Reconnection point Accelerated particles interact with the solar atmosphere

  8. The current solar neutron telescope Mexico SNT • Current solar neutron telescopes (SNT) consist of scintillator plates and proportional counters. • It consists of 3 parts.

  9. The current solar neutron telescope • Scintillator plates play a role of the target of neutrons. • The hydrogen included in scintillator are recoiled by solar neutrons. Target

  10. The current solar neutron telescope • The top and side proportional counters play the roles of the anti detectors. • The charged particles are rejected by coincidence with theses anti detectors. Anti counter

  11. The current solar neutron telescope • The bottom orthogonally overlaid proportional counters play the role of the detector to measure direction and energy. Direction and energy

  12. 2.Introduction of the SciCRT Number of bars 14,848 Cross section 1.3×2.5cm2 Scintillator material polystyrene MAPMT (H8804) 224＋8 Weight >15t Radiation length 43g/cm2 Diameter of fibers 1.5mm Fiber attenuation length 3.5m • The SciCRT is a tracker detector which consists of scintillator barsorthogonally overlaid. • A wavelength shifting fiber (WLS) is inserted in each scintillator bar. • The Signals of scintillation light are detected by multi anode photo multiplier tube (MAPMT). WLS fibers MAPMT 3m Scintillator bars 1.7m

  13. How to detect neutrons? SciCRT Current SNT

  14. How to detect neutrons? When a charged particle enters the detector, we can reject it by anti counters.

  15. How to detect neutrons? When a neutron enters the detectors, anti counters do not detect it. The proton which is recoiled by the neutron makes the trajectory.

  16. 3.Efficiency of the SciCR

  17. The MC of the SciCR • I calculated the performance of the SciCRT by the MC. Y X

  18. The MC of the SciCR • I calculated the performance of the SciCRT by the MC. Y X

  19. Comparison with current SNT Sako, T., et al., 2006, ApJ, 651,69 The top panel：time profile of the solar neutron event which is detected by the SNT in Mexico on Sep.7 2005. SciCRT The red line is simulation. Ⅰ2σ The bottom panel：time profile of the SciCRT when the same solar neutron flux as the top panel is assumed.

  20. Comparison with current SNT 16σ The significance is 16σ by the current SNT. On the other hand, it is 57σcalculated by the MC of the SciCRT. SciCRT Ⅰ2σ 57σ

  21. 4. Current status

  22. 2011 March:transportation from FNAL May:arrived to Mexico

  23. 2012June:made frame July:Inserted fibers August:connect to PMT and electronics Test observation was started

  24. November:5boxes+ Top and Bottom anti-counter 2013 February:test of side anti-counter

  25. The observatory will be built the middle of April 2013

  26. Time schedule 2010 Oct： Observation of mini-SciCR (prototype) was started 11 Mar： Detector parts leave from FNAL, Chicago 12 Mar： Electronics arrived to INAOE, Mexico May： Detector frame was made Aug： test observation in INALE (2 box) transportation 2 box mini-SciCR

  27. タイムスケジュール 2012 Nov: 5 box top and bottom anti-counter 2013 Feb: Side anti-counter Apr: Transportation to top of the mountain May: observation will be start http://www.swpc.noaa.gov/weekly/index.html Observation at the top of mountain 5 box Side anti-counter

  28. Summary • The SciCRT has been developed in Mexico and Nagoya. • The significance of solar neutron is calculated as 57σ at the flux of Sep.7 2005 event (16σ by the current SNT). • Observation of the SciCRT will start May 2013. High resolution solar neutron observation will be realized by the SciCRT

  29. END

  30. 今後 SciCRによる観測を開始する • SciBarの輸送 • SciCRの読み出し回路に対し、mini-SciCRと同様に 基礎性能試験 • SciCR用キャリブレーション装置の開発 モンテカルロ計算の改善 • チャンネルごとのクロストーク、1光子信号を考慮 • 暗箱、周りの構造物の影響を考慮 トラックイベントを使った解析方法の開発 • 到来方向解析 • エネルギースペクトルの導出

  31. 到来方向解析 MC計算で仮定した太陽方向 フレアからの時間(秒) ADC値 反跳陽子によるSciCRのADC出力(モンテカルロ計算) 有意性 天頂 天頂角　(度)

  32. 検出器による合計のエネルギー損失のスペクトル検出器による合計のエネルギー損失のスペクトル べき指数：－3.4 べき指数：－3.8 べき指数：－4.2 バックグラウンド バックグラウンドとの差をとったものをピークで規格化した 検出器内でのエネルギー損失の合計を使ってエネルギースペクトルを描いた 今後、軌跡の方向等の情報を加えることで改良が可能

  33. 4.SciCRのデータ取得条件の決定 SciCRの限界：1kHz バックグラウンド宇宙線：数十kHz →バックグラウンドの計数を 減らす必要がある 決めること • 各読み出し回路の配置(VME5台、バックエンドボード30枚) • トリガーロジック • ヒット閾値 • アンチトリガー 最上層アンチカウンタ 2005年9月7日に観測された太陽中性子イベントをサンプルとしてモンテカルロ計算を行う。 各チャンネルのエネルギー損失をADCデータとして取得するトラックイベントと、 ヒット信号を計数するヒットイベントの２つのデータを取得する。 側面アンチカウンタ 最下層アンチカウンタ

  34. アンチトリガー条件とヒット閾値 有意性 ヒットイベント アンチトリガー条件 ごとにヒット閾値と 太陽中性子に対する有意性の関係を見た。 トラックイベント ヒット閾値　(MeV) ヒット閾値は7MeV アンチトリガーは最上2層と側面の2列と最下2層のOR

  35. Cleaning and fitting Cleaning Green : major cluster Blue : minor cluster X Y Fitting Black : major fitting Green: minor fitting

  36. エネルギースペクトルに対する感度　ヒットイベントエネルギースペクトルに対する感度　ヒットイベント 装置上面(9m2)の入射中性子数 べき指数：－3.4 べき指数：－3.8 べき指数：－4.2 べき指数：－3.4 べき指数：－3.8 べき指数：－4.2 バックグラウンド ヒットイベントの計数

  37. What we want to know (1) Acceleration mechanism Stochastic acceleration Count energy Energy increase is proportional to square of velocity. →Bessel function →Bessel function energy Shock acceleration Energy increase is proportional to velocity. →Power law →Power law Count energy Difference of the two are discriminated by the power law index. energy

  38. What we want to know(2) Acceleration time Example of solar neutron event observed in Chacaltaya. Line : time profile of neutron Dot: time profile expected from X-ray Are protons accelerated or trapped for a longer time than electrons ? Sako et al 2006 We need to accumulate more events with better time resolution.

  39. 太陽中性子の検出率 0.3MeV以上のエネルギー損失があったものに対して、 • トラックイベント　8.3% • ヒットイベント 58% • 丸山修論　39.6σ

  40. これまでの観測

  41. SciCRのオペレーションを以下のように決めた • VMEの担当範囲:横割り式、独立トリガー • バックエンドボード担当範囲:なるべく1か所に集中させる • トリガー閾値：7MeV • トリガー条件:X面とY面の重なる層のコインシデンス 及び、ヒット信号の計数の2段階データ取得方式 • アンチトリガー条件 • ロジック:最上層、側面2列、最下層のOR • 閾値:0.7MeV

  42. Attenuation of neutrons in the air 500 g/cm^2 1000 g/cm^2 by H. Tsuchiya 1600 MeV 0 Neutrons are attenuated in the air

  43. 読み出し PMT TA バックエンド トリガー Hold threshold Clock Hold Hold Clock VA

  44. MAPMT用高圧電源　VISyN1458 Universal Voltronics　社 • イーサネットケーブルを使ってスローコントロール用PC から操作する • 30秒ごとに電流と電圧をモニタし異常があった場合は停止させる • 15モジュール×12ch　出力 • Voltage: 0 to 3 kV • Voltage Set Resolution: < 1 V • Current:1mA at 0 to 1 kV • Current MeasurementResolution:< 1 μA

  45. 温度計 • ADCのぺデスタル、PMTの増幅率など様々なものが温度に依存するので温度を測定する必要がある • バックエンドボードと暗箱の中の温度を測る • スローコントロール用PCで1分ごとに読む

  46. GPS • スローコントロール用PCに接続 • PC時計とGPS時計を10分ごとにファイルに書き出します • DAQ PC の時計はスローコントロールPCにntpを使って同期させる

  47. デッドタイムを考慮しない場合との比較 月曜コロキウム 間瀬

  48. デッドタイムを考慮しない場合との比較 月曜コロキウム 間瀬

  49. mini-SciCR 20cm 20cm MAPMT 50cm

  50. mini-SciCR X1 Y1 X2 Y2 X1 X2 Trigger Y1 Y2

More Related