メッシュ付き m -PIC の安定動作と最適化に向けた研究

メッシュ付きm-PICの安定動作と最適化に向けた研究メッシュ付きm-PICの安定動作と最適化に向けた研究神戸大学小林正治,越智敦彦,加納英朗,齋藤俊介,清水優祐, 田辺晃,本間康浩,松田慎司,村上浩太,守谷健司,吉田圭一 2008年3月23日　於　近畿大学

概要 • はじめに • メッシュ実装 • Ar:C2H6=50:50 でのガス増幅率測定 • 長期動作安定性試験 • イオンフィードバック測定 • まとめ • 今後の課題

メッシュ付き 電場構造マイクロメッシュ Pitch:50mm 厚さ:5mm はじめに m-PIC 図面 m-PIC 電場構造 • micro pixel chamber :m-PIC • MPGDの一種で、アノード近傍の電場は強く、カソードでは弱くなる構造。 • MSGCと比して放電しにくい。 • メッシュ付きm-PIC • 3次元電場構造を得られ、増幅領域を拡大することができる。 • 104を超える増幅率を得られる。

メッシュ実装 4.1cm • 実装治具の製作 • ナイロン糸(f:165mm)を使ったサポーターでのメッシュ保持 • メッシュとm-PICとの面平行性実現 • 大面積m-PICへの対応 4.3cm

メッシュ付きm-PICのセットアップ • HV • アノード電圧 (Va)600V～700V • メッシュ電圧 (Vm)-100V～-300V • ドリフト電圧 (Vd=Vm-300) • プリアンプ • ASD: 1V/pc • 高ガス増幅率におけるサチレーション防止のため、5チャネルに信号分散 • 動作ガス • Ar: C2H6 =50:50　プレミックスガス • Source: 55Fe Drift plane

Ar:C2H6=50:50ガスでの増幅率曲線 ○最大増幅率での波形 Va=700V, Vd=-600V, Vm=-300V Pre Amp :ASD 0.2V/pc • 最大ガス増幅率 • 約54000。

長期動作安定性試験 • 増幅率10000付近にて24時間安定した動作を確認。 • 目視中での放電の計数情報はゼロ。 • 増幅率の最大値と最小値との変動は10%。 • ナイロン糸へのチャージアップによる増幅率の大きな変動は見られない。 • Count rate • 測り始め 131Hz/cm2 • 終わり 138Hz/cm2

イオンフィードバック測定 “negative” • イオンのドリフト領域への漏洩。 • TPCとして使用した際、ドリフト電場に歪みが発生し、粒子飛跡がぼやける。 • 漏洩度は少ないほど良い。 • メッシュ付きm-PICの場合はイオンフィードバックは小さくできる。 • 数値シミュレーションによれば1%程度。 • ピコアンペアメータで実測。 “negative” “negative”

ピコアンペアメータの製作 • 高電圧系での微小電流測定を実現。 • HV系統に直接接続する。 • 外界から隔離する。 • 微小電流漏洩防止のため、各素子の絶縁特性を要求。 • 支柱端子、コンデンサ… • ノイズ遮蔽。 ○ドリフト電流測定 HV pA Drift plane ○アノード電流測定 HV nA Anode electrode ○空中配線

測定結果 • イオン収集率=(ドリフト電流)/(アノード電流) • 最小のイオン収集率は0.8%程度であった。 • 電圧条件はdrift-mesh=100V/cmVm=-300VVa=362V • ドリフト電場大→イオン収集率大、メッシュ電圧大→イオン収集率小 700V/cm 500V/cm 300V/cm 100V/cm ガス増幅率~10000

まとめ • メッシュを一様に配置したm-PIC を開発。 • 54000程度のガス増幅率を実現。 • 増幅率10000付近で24時間動作を確認。 • イオンフィードバック量の測定。 • ピコアンペアメータを製作し、ドリフト電流とアノード電流を測定。イオン収集率0.8%が求められた。

今後の予定 • 他の動作ガスの研究。 • 20000程度の増幅率下で、1ヶ月を超えるような長期安定試験。 • 高輝度状況下での動作試験。 • イオンフィードバック量を更に減少させる条件を求める。 • 動作電圧条件。 • 厚さ20mmのマイクロメッシュでの試験。 • メッシュの配置。

メッシュ付き m -PIC の安定動作と 最適化に向けた研究