シミュレーション計算による CALET 搭載装置の軌道上性能検証

シミュレーション計算によるCALET搭載装置の軌道上性能検証シミュレーション計算によるCALET搭載装置の軌道上性能検証早大理工研，東大宇宙線研A，芝浦工大B，神大工C，横国大工D ，JAXA/SEUCE 仁井田多絵，鳥居祥二，笠原克昌，小澤俊介，中川友進，植山良貴，九反万里恵，中村政則，吉田圭祐，渡辺仁規，赤池陽水A，吉田健二B，田村忠久C，片寄祐作D，清水雄輝E，他CALETチーム JPS2012秋季大会＠京都産業大学 13aSP-1

CALET計画概要 CALET (CALorimetric Electron Telescope) 高エネルギー宇宙線観測装置 ISS日本実験棟曝露部にて５年間の観測を予定観測対象：電子1GeV~20TeV, γ線10GeV~10TeV 原子核　数10GeV~1000TeV International Space Station Dark Matter annihilation or decay Japanese Experiment Module (Kibo) e- & e+ 2gamma Cosmic Ray Sources electron gamma nucleus JPS2012秋季大会＠京都産業大学

CALET装置構成 448 cm IMC（IMaging Calorimeter）　シンチファイバー(SciFi）を448本ずつXY交互に積層　間にタングステンを挿入（全8層、3r.l.） → 粒子の飛跡再構成 cm TASC（Total AbSorption Calorimeter） PWOを16本ずつXY交互に積層（全6層、27r.l.）　→ エネルギー決定、粒子識別 CHD（CHarge Detector）　プラスチックシンチレーターを14本ずつXY交互に積層　→ 入射粒子の電荷測定 cm 320 cm ★ 高密度で放射長の短いPWOを使用　→ 高エネルギーまで高精度でエネルギー決定 ★ IMCによる飛跡再構成＋TASCのシャワー形状　→ 高精度で粒子識別（バックグラウンド除去） JPS2012秋季大会＠京都産業大学

搭載モデル CHD CALET搭載モデルを模擬した構造をシミュレーションで構築 IMC • シンチレーティングファイバーの不感領域 • IMC層間のハニカム構造 • PWOの面取り構造 TASC 搭載モデルの性能検証 • 電子の検出効率・エネルギー分解能 • 原子核の検出効率・エネルギー分解能 • 到来方向決定精度 • 粒子識別性能 SciFi不感領域（クラッド） PWO面取り構造（模式図） IMC層間のAlハニカム JPS2012秋季大会＠京都産業大学

シミュレーション条件 • トリガー条件 • イベント入射条件 • 　　検出器上面より一様等方入射 • シャワー軸の幾何条件 4種類の幾何条件でイベントを選別幾何条件(1) 幾何条件(3) 幾何条件(4) 幾何条件(2) JPS2012秋季大会＠京都産業大学

電子に対する検出効率・エネルギー分解能 • 検出効率電子1TeV 100% • エネルギー分解能　幾何条件(1) 　幾何条件(4) JPS2012秋季大会＠京都産業大学

原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能 p He C Si Fe • 検出効率（high energy shower trigger）陽子10TeV • エネルギー分解能（TASC4層以上で衝突） JPS2012秋季大会＠京都産業大学

到来方向決定精度 • IMCのシャワーコアを用いてシャワー軸を再構成 • IMC下層でシャワーコアを検出 • IMC上層の情報を加味してシャワー軸を再構成 68% IMCで正しいシャワーコアを検出するのが困難なイベント（斜め入射、後方散乱の影響など）は、TASCの情報も使用することで、角度分解能向上 γ線100GeV 電子10GeV JPS2012秋季大会＠京都産業大学

電子/陽子識別性能 Cosmic-ray protons Cosmic-ray electrons a few electrons / cm2 sr day a few electrons / m2 sr day 電子観測の際の陽子バックグラウンド • スペクトルのべき指数 : e:~-3.0 p:~-2.7 • 電子・陽子フラックス比: • 1:100 @ 10GeV • 1:1000 @ 1TeV 陽子の混入率を数%以下に抑えるためには、105程度の陽子除去性能が必要電子1TeV 陽子2.9TeV • シャワー発達の違いを用いて電子識別 • 横方向の広がり • 　・・電子 ~ 1RM (~2cm)以内に90% • 　　　陽子 ~ RM以上 • 縦方向の発達 • 　・・電子 ~ TASC内で全吸収 • 　　　陽子 ~ TASC内吸収は4割程度 JPS2012秋季大会＠京都産業大学

電子/陽子識別性能 シャワーの横拡がりエネルギー損失比 TASCにおける横拡がりとエネルギー損失比の相関から電子を選別 Step 3. シミュレーションイベントを生成 ― 電子：1TeV, 2.0x105イベント ― 陽子：1~1000TeV (E-2.7dE) 7.4x105イベントトリガー条件（High Energy Shower) →70%の陽子を除去 Step 1. Xi　　：シャワー軸中心 ΔEi,j： i層j番目のPWOの　　　　　　エネルギー損失量入射エネルギーを推定し、電子が95%残るエネルギー範囲を選別 Step 2. electrons protons Preliminary JPS2012秋季大会＠京都産業大学

電子/陽子識別性能 IMCにおける横拡がりを用いてTASCで反応した陽子を除去 IMC１層目のエネルギー損失量を用いてCHDで反応した陽子を除去 Step 4. Step 5. TeV領域における陽子除去能： ~ 1.0 x 105 （電子70%取得） JPS2012秋季大会＠京都産業大学

まとめ • 電子に対する観測性能 • エネルギー分解能　：　< 1.5% (>100GeV) • 陽子除去能　　　　　：　~ 1.0 x105 (@TeV) • ガンマ線に対する観測性能 • エネルギー分解能　：　< 3.5% (>10GeV) • 角度分解能　　　　　：　~0.3deg (> 10GeV) • 原子核成分に対する観測性能　(TASC4層以上で最初の相互作用) ― 検出効率・ H : 19 ~ 40 % (0.1~100 TeV) ・ He ： 27 ~ 50 % (0.1~100 TeV) ・ C ： 43 ~ 66 % (0.1~100 TeV) ・ Si ： ~ 71 % ( 1~100 TeV) ・ Fe ： ~ 71 % ( 1~100 TeV) ― エネルギー分解能・ H ： 32 ~ 41 % (0.1 ~ 100 TeV) ・ He ： 28 ~ 37 % (0.1 ~ 100 TeV) ・ C ： 25 ~ 40 % (0.1 ~ 100 TeV) ・ Si　： 30 ~ 40 % ( 1 ~ 100 TeV) ・ Fe : 20 ~ 37 % ( 1 ~ 100 TeV) JPS2012秋季大会＠京都産業大学

End JPS2012秋季大会＠京都産業大学

原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能原子核成分に対する検出効率・エネルギー分解能 • 検出効率（TASC4層以上で衝突） JPS2012秋季大会＠京都産業大学

電子/陽子識別性能 幾何条件(1) 幾何条件(2) 幾何条件(4) 幾何条件(3) JPS2012秋季大会＠京都産業大学

電子/陽子識別性能 • 混入陽子イベントの衝突位置： • CHD （2イベント） • →IMC1層目のエネルギー損失量で除去 • IMC （ 9イベント） • TASC （1イベント） • →IMCの横拡がりで除去 CHDで衝突した陽子 IMCで衝突した陽子 JPS2012秋季大会＠京都産業大学

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