CALETフライトモデル ミューオン試験結果

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1 CALETフライトモデル ミューオン試験結果
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 CALETフライトモデル ミューオン試験結果 仁井田多絵，鳥居祥二A，浅岡陽一A，小澤俊介B， 田村忠久C，清水雄輝D，赤池陽水E，木村寿利， 他CALETチーム 早大先進理工，早大理工研A，早大重点領域研究機構B， 神奈川大工C，JAXA/SEUCD，東大宇宙線研E

2 大気ミューオンによる機能試験 CALETフライトモデルの機能試験 試験方法 ー 装置コンポネント（CHD, IMC, TASC）の機能確認
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 大気ミューオンによる機能試験 44.8 cm CALETフライトモデルの機能試験 ー 装置コンポネント（CHD, IMC, TASC）の機能確認 ー データ取得システムの動作検証 試験方法 ー 外部トリガー信号により大気ミューオンのデータを取得 ー 検出器上部に配置した装置全面を覆う２枚の 　　 シンチレータのコインシデンスによりトリガーを生成 　　（カウントレート：IMC試験 約22.8 Hz、TASC試験 10.2 Hz） Trigger Scin.1 4.0 cm Trigger Scin.2 5.3 cm FEC IMC CHD Data set 試験日 測定時間 組立試験 1. CHD 各層 5/14 各層 ~2.0 h 2. IMC 1-4層 5/13 3.0 h 3. IMC 5-8層 5/12 1.6 h 4. TASC 1-2, 3-4, 5-6層 (X, Y) 3/20-4/02 各組 ~1.5 h 熱真空試験 5. CHD 全層 7/16-7/19 70 h 6. TASC 全層 7. IMC 全層 ※ 7/20 0.6 h 32.6 cm Trigger Scin.1 4.0 cm Trigger Scin.2 5.3 cm FEC TASC ※ IMCのデータは熱真空試験後に常温で取得

3 外部トリガーシステム 検出器上部に配置した２枚のシンチレータの出力からトリガー信号を生成し、 外部トリガーとして検出器に入力 高電圧分配
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 外部トリガーシステム 検出器上部に配置した２枚のシンチレータの出力からトリガー信号を生成し、 　外部トリガーとして検出器に入力 高電圧分配 ボックス トリガー用 シンチレータ 検出器 （暗幕付き）

4 トリガーシンチレータの性能確認 厚さ1cmのシンチレータに、波長変換ファイバー（WLSF）を等間隔で
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 トリガーシンチレータの性能確認 厚さ1cmのシンチレータに、波長変換ファイバー（WLSF）を等間隔で 　埋め込み、光電子増倍管（PMT）で読み出し 　ー シンチレータ：EJ-200 （ELJEN TECHNOLOGY） 　　　サイズ：IMC用 × 44.8 × 1.0 cm 　　　　　　　 TASC用 × 32.6 × 1.0 cm 　ー WLSF： Y11 (200) （クラレ） 　ー PMT： H6780 （浜松ホトニクス） Trigger Scin.1 Trigger Scin.2 写真 光電子増倍管 シンチレータ ファイバー ミューオン測定時の出力値分布 IMC用シンチレータ２枚、TASC用シンチレータ２枚の各々について、 ー 出力の位置依存性（<36 %)を考慮して 　　最適の波高弁別閾値を設定 ー トリガーレートの安定性を確認

5 各コンポネントにおけるミューオン測定例 ミューオン飛跡検出例（X層） Data set 7. IMC全層 Data set 1. CHD各層
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 各コンポネントにおけるミューオン測定例 Data set 7. IMC全層 　ミューオン飛跡検出例（X層） Data set 1. CHD各層 Data set 2. IMC 1-4層 layer #1 出力分布例 （X層, log #6） 出力分布例 （Y-1層, fiber #224） ※イベント選別前 layer #2 layer #3 layer #4 Counts [ADU] Data set 4. TASC各層 layer #5 Data set 6. TASC全層 出力分布例 （X-1層, log #9） シャワーイベント検出例（X層） layer #6 layer #7 layer #8 Channel Number

6 トリガー効率の検証 CALETの３種類のトリガーモード 各層の信号和のANDでトリガーをかける
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 トリガー効率の検証 CALETの３種類のトリガーモード 各層の信号和のANDでトリガーをかける High Energy Shower Trigger : 10 GeV以上のシャワーイベント検出用 Low Energy Shower Trigger : 1 GeV以上のシャワーイベント検出用 Single Trigger : シングル通過粒子の検出用（装置較正用） CHD トリガー層 High Energy Shower Trig. Low Energy Single Trig. CHD X層 - > 0.7 MIP CHD Y層 IMC-Dynode X1層 IMC-Dynode Y1層 IMC-Dynode X2層 IMC-Dynode Y2層 IMC-Dynode X3層 IMC-Dynode Y3層 IMC-Dynode X4層 > 7.5 MIP > 2.5 MIP IMC-Dynode Y4層 TASC 1層目 > 55 MIP > 7.0 MIP IMC TASC

7 トリガー効率の検証 外部トリガーで取得した全イベントに対する、 IMC-Dynodeのトリガーフラグの割合を検証
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 トリガー効率の検証 外部トリガーで取得した全イベントに対する、 　IMC-Dynodeのトリガーフラグの割合を検証 Data set 3. IMC-Dynode Y4 全トリガーイベント フラグの付いたイベント フラグの付いたイベントの割合 → 内部トリガーの効率は閾値以上でほぼ100%

8 ミューオン飛跡再構成 各層における発光からミューオンの飛跡を再構成 各層から最大発光点（>0.1MIP）（簡易MIP値換算後）を選択。
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 ミューオン飛跡再構成 各層における発光からミューオンの飛跡を再構成 各層から最大発光点（>0.1MIP）（簡易MIP値換算後）を選択。 最大発光点の光量が0.1MIP以上の場合は、 　　その中心座標を飛跡候補点として採用。 　　最大発光点および隣のファイバーの光量がともに0.1MIP 　　以上の場合は、そのエネルギー重心を飛跡候補点とする。 4層すべてで候補点が見つかったら、直線でフィッティング。 IMC CHD #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 > > 飛跡再構成模式図 ミューオン飛跡フィッティング例 （Data set 2. IMC1-4層）

9 ミューオン飛跡再構成 試験データの解析結果では、 ー 飛跡再構成効率（X,Y各4層すべて発光したイベントの割合）は、52.5 %
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 ミューオン飛跡再構成 試験データの解析結果では、 　ー 飛跡再構成効率（X,Y各4層すべて発光したイベントの割合）は、52.5 % シミュレーション※による見積もりでは、 　ー 幾何学的に、2枚のトリガーシンチレータを通過するイベントのうち、 　　　検出器を上から下まで貫くイベントの割合は、 64.5 % 　ー ファイバーの不感領域（クラッド）を考慮すると、そのうち全層（X,Y各4層）発光する 　　　イベントの割合は、93.8 % → 現時点で90%程度の再構成効率を確認し 　　ているが、今後より詳細なシミュレーションと 　　データ解析を実施して正確な評価を行なう ※ 大気ミューオンの天頂角分布はcos2θ dSdΩと仮定 天頂角分布 実験データ Scin1 Scin.1を通過 Scin2 Scin.1と2を通過（条件１） 条件１かつ IMC1-4層を通過（条件２） IMC 条件２かつ 全層発光（>0.1MIP）

10 IMCにおける各シンチファイバーの出力波高値（1MIP）
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 IMCにおける各シンチファイバーの出力波高値（1MIP） 飛跡再構成によるミューオン通過位置情報から、各チャンネルのミューオン通過時の出力波高値分布を求め、Gauss関数でフィッティングして1MIP値を導出 全トリガーイベント 飛跡通過イベント Gauss関数による フィッティング Preliminary 1MIP: count ファイバーの出力値分布例 （Data set 2. IMC-layer#X-1, fiber #225） 1MIP値の分布（ゲイン補正前） ※イベント数の多い検出器中央部の 1,600本（200本×X,Y各4層）

11 ファイバー位置精度検証 飛跡通過位置とファイバー座標とのずれの分布から、 各層の平均的なファイバー位置の誤差を推定 Preliminary
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 ファイバー位置精度検証 飛跡通過位置とファイバー座標とのずれの分布から、 　各層の平均的なファイバー位置の誤差を推定 横軸 ： xtrack – xfiber [mm] 縦軸 ： Counts layer X-1 layer Y-1 Preliminary Peak: mm Peak: mm layer X-2 layer Y-2 Peak: 0.16 mm Peak: 0.10 mm layer X-3 layer Y-3 Peak: mm Peak: mm layer X-4 layer Y-4 Peak: 0.12 mm Peak: 0.14 mm → 層ごとの位置推定精度は±0.3 mm以内

12 結論 CALETフライトモデルの機能試験として、大気ミューオン測定を実施。
2014/09/19 JPS2014年秋期大会＠佐賀大 結論 CALETフライトモデルの機能試験として、大気ミューオン測定を実施。 　 ー CHD、IMC1-4層目、5-8層目、TASCについて個別に測定。 　 ー 検出器上部の２枚のトリガーシンチレータのコインシデンスでデータ取得。 内部トリガーのフラグからトリガーシステムの健全性を確認。 　 ー 閾値以上の出力をもつ全イベントに対して、ほぼ100%の効率で 　　　 トリガーシグナルを検出。 各コンポネント毎にデータを取得し、各チャンネルのミューオンシグナルを測定。 　 ー シグナル波高値は、各センサーのゲインの違いを考慮すると期待通り。 ミューオンの飛跡を再構成し、飛跡の情報からIMC各ファイバーの座標を導出。 　 ー 層ごとのファイバーの位置推定誤差は、±0.3 mm以内。

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