BL45XU 実験報告

1. BL45XU実験報告 京都大学 服部香里

2. Contents • Thresholdによる変化 • Count rateの線形性 • Accidental Coincidence • 溶液-溶媒 • Dynamic Range • 検出器の一様性 • 8keVでの試験 • イメージの焼きつき • 30cm μ-PIC • 今後の予定

3. Thresholdによる一様性の変化 13.8 keV 試料：水 実験中ずっと　Anode : Vth = -50 mV CathodeのVthを変えたとき Vth = 100 mVで64stripおきに現れる筋が消えた 　　→ノイズ起源であることが実証された Vth = 200 mVあたりから、hit数のむらが現れ始める

4. Thresholdによるプロファイルの変化 13.8 keV 試料：水 Vth = 50 mV 250 mV 350 mV 450 mV Vth = 50 mVと250 mV とでは、プロファイルの 変化はほとんどなし count 一般に、Tresholdが高いと、 gainの高い領域のHit数が増え、 低い領域のhit数が減る傾向にある 今のgain、ノイズレベル では、Vth = 125 mV 程度が格子縞も消えて 最適 ビーム中心からの距離

5. 通常の条件 Count rate [kHz] Gain 1/2 検出器の前方に 銅板を置いたとき (8 keV照射を試みたが、 13.8 keVが減衰しただけ と考えられる) Vth [mV] Thresholdによるcount rateの変化 thresholdは50 mVで ～100 eV相当 Xeガスだと1stripで 数keV落とすので、 thresholdは十分低いはず Thresholdが低いとき (100 mV以下) 引っかかっている イベントがゴミなのか どうかを調べる必要有 (電子の飛跡をとる等) thresholdの最適化が 今後の課題 今回の実験での threshold(cathode) Tresholdは 600mVまで

6. Count Rateの線形性(1) 試料：グラッシーカーボン X線：13.8 keV べき：1.038 Error：0.7% 20Hzから5MHzまで(5桁以上) 線形性を確認 5MHzでの安定動作 ←ガスパターン検出器では 世界最高性能 Saturationは見られなかった 低いcount rate領域でも 精度よく測定 μ-PICにHVを供給する モジュールが10μA以上電流を 流せないので、5MHzで測定中止

7. Count Rateの線形性(2) べき：1.003 Error：1.2% Ion Chamber, μ-PIC ともに線形性を 示せた

8. Accidental coincidence(1) 13.8 keV 試料：金コロイド 1.7 MHz 118 kHz 積分範囲 count rateが上がると右上図 のようなゴーストが見える ビーム中心付近を通るstripは Hitすることが多い →accidental coincidence よりフラットに なっている(ゴーストのせい)

9. Accidental coincidence(2) • count rateが大きくなると、accidental coincidenceが増えた • thresholdを高くすると、 accidental coincidenceは減った(count rateが減ったため) • しかし、ゴーストが消えるには至らなかった • gainを上げると、accidental coincidenceも増えた(count rateが増えたため) • Accidental coincidenceを防ぐには？ • Encoderの「ヒット幅<8」の制限が外れていたかもしれない？(FPGAに書き込んだファイルはバイナリとして吸い出すことは可能だが、見ることはできないので、確認することは不可能) → 次回実験では制限をつけてやる • Accidental coincidenceの原因は、片方のstripしかthresholdを越えないイベントが、二つ同時に来たことによる？ • Anode, cathodeともにthresholdを越えるようにしてやる • そのためには、1strip当たりのエネルギー損失の大きい8 keV X線を使う(13.8 keVの場合、走り始めの電子の1strip当たりのエネルギー損失が小さく、thresholdを越えないイベントもある？)

10. 溶液-溶媒 試料：金コロイド　13.8 keV 広角側拡大 Count rateが上がると、 広角側で溶媒と溶液が一致 するはずのものがずれてくる 溶媒>溶液 Accidental coincidence によるゴーストのせい？ 溶液-溶媒の引き算は合っている

11. Dynamic Range 現在の検出効率 X線入射窓：アルミ 0.5mm 透過率 20 % Xe：4mm 透過率 15% →　検出効率3% 実験時間の制限により 十分データをためられていない 試料：PSLatex X線：13.8 keV • 8 keVのメリット • μ-PIC、GEM上の銅から発生する特性X線がなくなる • (今まで13.8 keVと8 keVの二成分あった) • →back groundが減る • 電子のtrack lengthが短くなる • →位置分解能向上 5桁のdynamic rangeが 実証された 目標：7～8桁 • 検出効率の向上 • 入射窓を薄くする • 　　カプトンシート • or グラッシーカーボン • X線のエネルギーを低くする • 8 keV 統計が少ない！

12. 検出器の一様性 試料：ベヘン酸銀 X線：8 keV 10 cm • 高い一様性 • dead regionは • 2 stripのみ • イメージのゆがみなし 10 cm

13. 8 keV 13.8 keV 900 kHz 8 keV 14 kHz ほぼ同じ散乱角だが、 8keVのほうがピークが 広がっている ゴミ？

14. ビーム中心をずらすと イメージの焼きつき Gain低下によりほとんどhitなし KEK-PFでは見られない GEM～μ-PICの電場　0.6kV/cm 電荷がGEMにたまるため起こった イメージの焼きつき Hit数：周囲の1/2 High Intensity下でのGEMのgain変動 Induction field 0.6kV/cmから1.9kV/cmに 電荷のGEM透過率改善

15. 大型μ-PIC(30cm×30cm) 30cm角μ-PICとしては初のビーム試験 システムとして動作することを確認 μ-PIC単体で動作(GEMなし) ASD μ-PIC 24cm ビーム First image of 30cm μ-PIC 試料：ベヘン酸銀 X線：13.8 keV 30cm

16. 次回の実験に向けて • 外部トリガーを導入することで、溶液-溶媒の引き算を正確に行う(前回の実験より5桁高い精度で) • 検出効率アップ、accidental coincidenceを防ぐために、8keV X線を用いる →X線入射窓をカプトンシートに →ガスフローシステムの構築(次回はArベースのガス使用？) • μPIC-GEM間のInduction fieldを強くして(前回実験の1.5～2倍？)、さらに焼きつきが緩和するか調べる(他のGEMグループはもっと強い電場をかけて使っているらしい) • FADCを用いてスペクトルをとり、13.8 keVを照射したときに、銅特性X線(8 keV)がどれくらいあるかを調べる • 30cm μ-PICにGEMを取り付ける