ISS軌道上におけるCALET 装置較正方法の検討

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ISS軌道上におけるCALET 装置較正方法の検討 早大理工研、神奈川大工A、横国大工B、JAXA/SEUCC、東大宇宙線研D 九反万理恵、鳥居祥二、笠原克昌、小澤俊介、小谷太郎、中川友進、植山良貴、仁井田多絵、田村忠久A 、片寄佑作B 、清水雄輝C、赤池陽水D、他CALETチーム

研究目的 CALETはISS軌道上で最長5年の長期観測を行うため、環境変化や経年によって各装置の出力値が変化    ① 宇宙空間で最も数が多い陽子      →装置較正時間の短縮    ② 陽子の約4倍の出力値が見込まれるHe      →陽子による装置較正の確認    陽子、Heを利用した装置較正方法の確立を目指す

CALET装置構成 CHD : Charge Detector 電荷測定 - プラスチックシンチレータ 448mm CHD1 CHD : Charge Detector CHD2 IMC1+2 電荷測定 - プラスチックシンチレータ (32mm×10mm×448mm) 14本 × 2層 (X,Y) IMC3+4 IMC5+6 IMC7+8 TASC1 IMC : Imaging Calorimeter  240mm 粒子の飛跡検出、エネルギー測定 - シンチレーティングファイバー    (1mm×1mm×448mm) 448本 × (X,Y) × 8層 - タングステン板 0.2X0 × 5枚 + 1X0 × 2枚 (計3X0) 320mm CALET装置構成 Single Trigger:装置較正に用いるトリガーモード ・CHD各層の出力の和(2ch) > 0.7MIP ・IMC各層の出力の和 (8ch) > 0.7MIP ・TASC1層目の出力の和(1ch) > 0.7MIP TASC : Total Absorption Calorimeter 粒子識別、エネルギー測定 - PWO (20mm×19mm×326mm) 16本 ×12層 (計27X0)

シミュレーションデータ 入射粒子: AMS-01の各地磁気緯度における陽子のエネルギースペクトル 入射方向: CALET上部に十分大きい平面を想定し、平面から等方的に入射 ※ θM :地磁気緯度(deg.) 軌道はCALETとは違う。 AMS-01の各地磁気緯度における陽子のエネルギースペクトル(高度320㎞-390㎞) (M.Auilar, et al. Physics Reports 366(2002) 331-405)

陽子のエネルギースペクトル(シングルトリガー) 各地磁気緯度においてシングルトリガーで取得される陽子のエネルギースペクトルを導出 AMS-01の観測結果 IMC内でエネルギー損失し きるイベントがあるため減少 幾何条件を満たさないイベントが あるため減少 preliminary シングルトリガー(CALET)で取得

シングルトリガー(各ch > 0.7MIP) 各PWOのエネルギー損失のヒストグラムを作成し、1MIPを決定 装置較正に利用するイベントの選出 あるPWOの装置較正に利用できるイベントの条件   ① 衝突しない   ② 幾何条件を満たす(シャワー軸がPWOを通過) シングルトリガー(各ch > 0.7MIP) CHD シャワー軸再構成し、各層で シャワー軸が通過したPWOを決定 (シャワー軸から±1㎝以内にあるPWO) IMC 選んだPWOが各層で最も大きい エネルギー損失? NO TASC YES 選んだPWOの下3本の PWOのdE > 0.5MIP 利用しない NO YES 各PWOのエネルギー損失のヒストグラムを作成し、1MIPを決定 CALET装置構成

TASC各層の粒子数分布 イベント選別 上記(黒)のうち、衝突しないもの 各層のある1本のPWOの出力ADC値を粒子数に換算    イベント選別    上記(黒)のうち、衝突しないもの    上記(黒)のうち、 衝突するもの 各層のある1本のPWOの出力ADC値を粒子数に換算   ・ 1層目:PMT(S/N=31)   ・ 2層目以降:APD(S/N=3.3) シャワー軸再構成で得られた入射角により、角度補正 ※陽子(17.2~22.9deg.) 1層目 2層目 3層目 4層目 5層目 6層目 7層目 8層目 9層目 10層目 11層目 12層目

地磁気緯度による陽子1MIPピークの比較 preliminary 各層の1MIPピークを比較   (縦軸:1MIPピーク値、横軸:TASC1層目~12層目) 0~12 deg. 12~17 deg. 23~29 deg. 29~34 deg. 34~40 deg. 40~46 deg. 46~52 deg. シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明 preliminary 各地磁気緯度、各層の1MIPピーク値

トリガーレートの導出 各地磁気緯度においてシングルトリガーの取得レートを導出 地磁気緯度(degree) トリガーレート[Hz] 0~12   地磁気緯度(degree) トリガーレート[Hz] 0~12 23 12~17 20 17~23 22 23~29 29 29~34 39 34~40 63 40~46 96 46~52 170 52~57 300 ・ flux [ sec-1 m-2 sr-1 MeV-1 ] :         入射フラックス(AMS01の観測結果) ・ S0 [ m2 ] :     CALET上部の陽子を降らせた平面の面積 ・ Ω0 [ sr ] :立体角 ・ N :シングルトリガー取得イベント数 ・ N0 :入射したイベント数 ・ k [ MeV ] :エネルギー幅 𝑓𝑙𝑢𝑥[〖𝑠𝑒𝑐〗^(−1) 𝑚^(−2) 〖𝑠𝑟〗^(−1) 〖𝑀𝑒𝑉〗^(−1) ]×𝑆_0 〖[𝑚^(2)]Ω〗_0 [𝑠𝑟]×𝑁/𝑁_0 ×𝐸[𝑀𝑒𝑉]

装置較正に要する観測時間の見積もり preliminary 最下層のある1本のPWOで装置較正に使えるイベントの取得レート r [Hz]   (=トリガーレート×装置較正に利用できる数/シングルトリガー取得数) 各緯度の滞在時間 tθM[min]は          から導出 取得レートが高い35deg以上を用いると、   平均取得レートは   (0.19×9.23+0.25×11.7+0.43×27.3)/48.23 ≒0.34[Hz] 0.34×48×60 ≒ 1000 events   ISS軌道1周期で最下層のあるPWOの   装置較正に利用できるイベントは   約1000events取得可能   preliminary 地磁気緯度θM(deg.) 装置較正に利用できるイベントの取得レート r (Hz) 滞在時間(1周期) tθM (min) 0~12 0.053 12.8 12~17 0.048 6.63 17~23 6.91 23~29 0.078 7.35 29~34 0.13 8.05 34~40 0.19 9.23 40~46 0.25 11.7 46^51.6 0.43 27.3

まとめと今後の課題 まとめ シングルトリガー取得される陽子イベントで1MIPピークが検出できるイベント選別方法を確立 TASC最下層のある1本のPWOの装置較正に利用できるイベント数はISS軌道1周期で約1000イベント 今後の課題 Heを用いた装置較正方法の検討

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PWOを粒子が通過しないイベントが多いため、1MIPが見えない シングルトリガーで取得された各層のある1本のPWOの出力ADC値を粒子数に換算   ・ 1層目:PMT(Gain=3.0×104、S/N=31)   ・ 2層目以降:APD(Gain=50、S/N=3.3) ※陽子(17.2~22.9deg.) 1層目 2層目 3層目 4層目 5層目 6層目 7層目 8層目 9層目 PWOを粒子が通過しないイベントが多いため、1MIPが見えない 10層目 11層目 12層目

シングルイベント選別 ① 各層で最も大きいエネルギー損失をしたPWO →ペデスタルイベント除去 ② 各層でシャワー軸が通過したPWO    →ペデスタルイベント除去  ② 各層でシャワー軸が通過したPWO    (PWOの真ん中の座標から±1㎝以内にシャワー軸が含まれる)    →幾何条件を満たすイベントを選別、シャワーイベント除去 ①、②の両方を満たすPWOにのみ、各イベントでdEをFillする IMC TASC ←○のPWOがその層で最も大きい エネルギー損失をした場合、ヒスト グラムにFill 

地磁気緯度による1MIPピークの比較 陽子(17.2~22.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失をlangaufunkでFit シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(11.5~17.2deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(11.5~17.2deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(17.2~22.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(17.2~22.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(22.9~28.7deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(22.9~28.7deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(28.7~34.4deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(28.7~34.4deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(34.4~40.1deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(34.4~40.1deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(40.1~45.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(40.1~45.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

TASC各層のエネルギー損失(1本) 陽子(45.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント シングルイベント    選別したイベント    シングルイベント    シャワーイベント 陽子(45.9deg.) 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明

シングルトリガーのエネルギースペクトル① preliminary preliminary preliminary preliminary

シングルトリガーのエネルギースペクトル② preliminary preliminary preliminary

装置較正に使えるイベント数の見積もり 最下層のPWOまで装置較正できる条件は? ① 衝突点なし ② 最下層で合計0.3MIP以上    ① 衝突点なし    ② 最下層で合計0.3MIP以上       (ペデスタルによるゆらぎなしの真のエネルギー損失) →TASC最下層まで相互作用せずに貫いたイベント 地磁気緯度(degree) シングルトリガーにかかるイベント数 N 最下層で装置較正に使えるイベント数 A 最下層で装置較正に使えるイベント数の割合(%) A/N 最下層のあるPWOで装置較正に使えるイベント数の割合(%) A/16N 0~11.5 537437 26290 4.89 0.308 11.5~17.2 572213 31666 5.53 0.346 17.2~22.9 587619 33305 5.67 0.354 22.9~28.7 593509 34685 5.84 0.365 シングルトリガーとは?地磁気緯度の説明 1/16倍:TASC1層16本

ISS軌道 𝑓𝑙𝑢𝑥[〖𝑠𝑒𝑐〗^(−1) 𝑚^(−2) 〖𝑠𝑟〗^(−1) 〖𝑀𝑒𝑉〗^(−1) ]×𝑆_0 〖[𝑚^(2)]Ω〗_0 [𝑠𝑟]×𝑁/𝑁_0 ×𝐸[𝑀𝑒𝑉]

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