GEM/ μPIC を用いた真空紫外イメージング検出器 VI 日本物理学会第 67 回年次大会 2012 年 3 月 2 7 日　関西学院大学　

GEM/μPICを用いた真空紫外イメージング検出器VI日本物理学会第67回年次大会2012年3月27日　関西学院大学　関谷洋之東京大学宇宙線研究所 • 窪秀利,谷森達京都大学理学研究科 • 黒澤俊介,柳田健之, 横田有為, 吉川彰 • 東北大学多元物質研究所 • 福田健太郎, 石津澄人,河口範明, 須山敏尚 • 株式会社トクヤマ

Introduction UVシンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメージャー • ガスイメージング装置 VUVシンチレーター • CsI光電面 • 10cmμPIC＋GEM • LaF3(Nd3+8%mol) • λ=172nm,τ= 6ns 初めは5.5MeVa線源でのイメージング 241Am 2.6MBq照射

10mm 高光量シンチレータの開発 Nd dopeしたフッ化物結晶 Nd:LuLiF4, Nd:LuF3 5mmt 5.5MeVα( 241Am) LuLiF4 LuF3 PMT 浜松R8778(QE=30%) による測定 LaF3 1.0 : 2.1 : 2.6 • →LaF3に比べた光量 • LuLiF4 は 2.1 倍 • LuF3は 2.6 倍 3

57Co 122keV gによるイメージング • X線でのイメージング実証へのステップ • QE は未だ低いが、検出効率はガス検出器に比べて向上 57Co (122keV g) f=5mm UV photon 54mm photo electron Nd:LuLiF4に直接CsIを蒸着した window 34mm Insensitive region 4

講演内容 課題 • 量子効率の向上 • 理研→浜松の新反射型光電面を入手 • NeベースのガスでのQE測定 • 長期動作試験これらを評価するためのセットアップの構築 • 地下から地上へ • Nd:LuF3光源の評価とQE評価のためのDAQ • Neベースガスの露点モニターとゲッターの導入

10mm 基準光源としてのNd:LuF3の評価 • QEの分かった検出器(PMT)での測定 5.5MeVα(241Am3kBq) 5mmt LuF3の発光波長スペクトル

2種類のPMTでの比較 • R6835(PA0138) • CsI光電面, MgF2窓 • R7281(ZK0777) • Bialkali光電面, MgF2窓 QE 30%@178nm QE 1%@178nm

ガス用のDAQでデータ取得 • 5×105ゲイン(ブリーダをカスタマイズ 50Ω termination) • アンプクリアパルスCP5810.2V/pCに改造 • FADCCAEN DT5724 250mV→1.56×107electrons→31p.e. 6mV→3.8×105electrons→0.8p.e. • QE(R6835)/QE(R7281)= 1/30を確認

ガスの純度(H2O不純度)モニター • 封じ切り容器中のCsI劣化要因のH2O量を抑える • 長期測定や、ガス依存性等を測定するのに不可欠 • 容器の中身 • SUS容器 • バイトンO-ring(良くないだろう) • uPIC/GEM • PEEKフレーム、ネジ • SHV,BNCセラミックフィードスルー • 半田 • カプトンテープ • 10kV耐圧シリコン被覆導線 • MgF2窓 • 銅電極

封じ切り容器での測定 • TMPで2日間真空引き→　5×10-4Pa • Ne(95%)CF4(5%)を0.105MPa導入 • 封じ切って露点を測定 • CP 80268data logger 温度計露点計圧力計

露点温度 ガス温度容器ゲージ圧絶対湿度初期のゲイン変動にも影響？

ゲッターの導入 • SAESCapaciTorr D-400-2 • 3nm 金属メッシュフィルター • 5×10-4Paまで引いたあと、Ne(95%)CF4(5%)を0.105MPa導入 • 高純度ガスポンプで1.2L/minで循環検出器容器露点計圧力計真空ポンプマスフローコントローラ 1.2L/min 温度計フィルター SAES ゲッター循環ポンプ

露点温度 ガス温度容器ゲージ圧絶対湿度

絶対湿度：封じ切り 絶対湿度：封じ切りゲッター循環

まとめと今後 • Nd:LuF3結晶を用いて量子効率を評価する系を確立した。 • ゲッターを用いることで、封じ切りガス循環で長期純度を保つ(H2Oを抑える)手法を開発した。 →ICFフランジの真空容器 →PMTのようにタブレット型Getterの導入 →地下へ戻る？ • 量子効率の評価 • 新反射型光電面の評価 • Neベースのガスでの最適化 • 長期動作試験

Extraslides

透過型CsI光電面によるセットアップ • 透過型光電面 • 5tMgF2窓 • Al電極　エッジ＋10mmヒゲ • CsI蒸着50mm o(10nm) QE～1%

反射型CsI光電面によるセットアップ • 反射型光電面 • 10cm100μmLCPGEM • 2μmNi、0.2μmAuメッキ • CsI蒸着　o(100nm) QE～3%

ハイブリッドイメージング検出器 241Am (5.5MeV a) f=2.5mm • シンチレーター窓 UV photon 3mmt Nd:LuLiF4 photo electron φ54mm Nicontact CsI active area φ34mm 3.5mm X= 50.9 mm X= 54.3 mm • =3.4 • mm 19

CsI Bersikin et al., NIMA442(２０００)５８今後の計画 • 量子効率の向上 • 改良反射型光電面by浜松 • Neベースのガス • 低圧での動作 • mPIC • Micromegas • 新結晶とX線イメージング • LAr/LXeでの使用 JINST5 (2009) P10002

LAr/LXe + CsI • 希ガスシンチレーターの発光波長 • CsIの短波長でのQE Liquid Ar + CsIの組み合わせ？ A.Breskin NIMA 371(1996) 116

Readout system NIMA 513(2003) 94 ASD chip for ATLAS TGC 0.8V/pC Position Encoder FPGA x 3 100MHz clock Obtained image 22

GEM::SMASH • Φ70μm　ピッチ140μm 10cm×10cm100μmLCP ×20対物レンズ（レーザー） ×150倍対物レンズ（カラー＋レーザー） KEYENCEVK9700 カラー３D　レーザー顕微鏡

μPIC::μPIC-SE • 400μmピッチ、10cm×10cm • 16ch+16ch読み出しのμPIC-SE • さらに4ch+4ch読み出しで使用 ×20倍対物レンズ（カラー） ×20倍対物レンズ（3Dレーザー）

GEM/ μPIC を用いた真空紫外イメージング検出器 VI 日本物理学会第 67 回年次大会 2012 年 3 月 2 7 日　関西学院大学