CALET主検出器のモデリング・シミュレーションによる性能評価 吉田健二（芝浦工大）、鳥居祥二、笠原克昌、小澤俊介、小谷太郎、中川友進、赤池陽水、苅部樹彦、仁井田多絵、 九反万理恵、吉田圭佑（早大）、市村雅一（弘前大）、清水雄輝（JAXA）、森正樹（立命館大）、他CALETチーム P4-205 概要 シミュレーション計算とビーム実験データの比較 CALETの主検出器であるカロリメータは、チャージディテクター（CHD）、イメージングカロリメータ（IMC）、全吸収型カロリメータから構成され、1GeV〜20TeVの電子、10GeV〜10TeVのガンマ線、数10GeV〜1000TeVの陽子・原子核を観測する。CALET観測装置の性能の把握には較正実験と共にM.C.シミュレーション計算が必要不可欠であり、これまでM.C.シミュレーション計算によるCALET観測性能を報告してきた。M.C.シミュレーション計算の精度の検証には、複数のシミュレーション計算コードを用いる他、実験データとの比較を行うことが必要不可欠になる。本発表では、CALETプロトタイプ検出器を用いたCERN-SPSでのビーム較正実験結果を用いて、M.C.シミュレーションの結果と比較することにより、M.C.シミュレーション計算の精度を検証した結果を報告する。 シミュレーション計算出力（エネルギー損失量）の粒子数への変換 ．粒子数： ミュー粒子照射時の検出器シグナルを1MIP（1粒子数）とする （＊） 比較する実験データのペデスタルは補正済 シミュレーションデータに、装置由来のノイズ成分（ガウス分布）を付加 CALET主検出器 シミュレーションデータのデータ処理手順 CHD: Charge Detector 電荷測定（Z=1-40） ・Plastic Scintillator (32mm x 10mm x 450mm) 　14本 x （X,Y） SciFi PWO 450 mm Shower particles IMC: Imaging Calorimeter 　入射方向決定、粒子識別 ・Scintillating Fiber (1mm x 1mm x 448mm) 　448本 x （X,Y） x 8層 ・W plate 　0.2r.l. x 5枚 + 1r.l. x 2枚：全3r.l.（放射長） ミュー粒子照射時のシンチファイバー1本からスペクトル（左）とPWO1本からのスペクトル（右）。実験データ、シミュレーションデータ、フィッティング結果を示している。フィッティングでは、Landau分布にGauss分布を畳み込んだ関数を用いてLandau成分のピーク（図中のMP）を求め、1MIPとしている。 TASC: Total Absorption Calorimeter 　粒子識別、エネルギー測定 ・PWO (20mm x 19mm x 326mm) 　16本 x 12層：全27r.l. （放射長） CALET主検出器の概略図 各検出器での粒子数分布 シミュレーションによるシャワーイメージ Gamma-ray 10 GeV Electron 1 TeV Proton 10 TeV 観測性能 ・幾何学的因子SΩ： 　　1200cm2sr （電子） 　　1000cm2sr （ガンマ線） ・エネルギー分解能： 　　〜2%（>10GeV） （電子、ガンマ線） 　　〜30%（陽子） ・電子観測での陽子除去能力：〜1x105 ・電荷分解能：0.15〜0.3e ・角度分解能： 　　0.13〜0.26度（>10GeV） Shower development 検出器で測定されるシャワーイメージ log scale N [MIPs] log scale N [MIPs] PWO X0 = 0.89 cm RM = 2.0 cm Epics、Geant4によるIMC、TASCでの粒子数分布と実験データとの比較（陽電子10GeV） IMC、TASCのエネルギー損失量（粒子数）平均値<EIMC>、 <ETASC>、横広がり平均値<RE>の実験データとのずれのまとめ ビーム実験用CALETプロトタイプ検出器モデルの作成 % 陽電子 シャワーの横方向の広がり 2010年CERN-SPSビーム実験用CALETプロトタイプ検出器 CALETプロトタイプ検出器IMC ・Scintillating Fiber (1mm x 1mm x 448mm) 　32本 x 8層（X方向のみ） ・W plate 　0.2r.l. x 5枚 + 1r.l. x 2枚 　全3r.l.（放射長）：CALETと同じ厚さ ΔEeachj : energy deposit in j th scintillator ΔElayeri : energy deposit in i th layer xj : coordinate of a center of j th PWO xc : coordinate of a shower axis in i th layer IMC、TASCでの横広がりRE分布： Epics、Geant4、実験データの比較（陽電子10GeV） CALETプロトタイプ検出器TASC ・PWO (20mm x 19mm x 326mm) 　2本 x 8層（X方向のみ） 　全18r.l. （放射長）：CALETの2/3の厚さ エネルギー分解能 CALETプロトタイプ検出器の概略図 a [%] b [%] Experiment 12.3 1.6 GEANT4 11.4 EPICS 11.6 1.5 ビーム実験データのイベント例 TASCによるエネルギー分解能（陽電子）： Epics、Geant4、実験データの比較 M.C.シミュレーションコードによる検出器モデルの作成 使用するM.C.シミュレーションコード： Epics、Geant4 まとめ CALET主検出器のモデリング・シミュレーションに使用しているM.C.シミュレーションコードEpicsおよびGeant4によりビーム実験用CALETプロトタイプ検出器モデルを作成 シミュレーション計算結果をビーム実験結果と比較し、シミュレーション計算の精度を検証 2011年CERN-SPSビーム実験用CALETプロトタイプ検出器（CHDが追加、検出器が大型化）のシミュレーションモデルをEpics、Geant4で作成しており、同様の検証を実施予定：上記に加えて、陽子除去能力を評価 Geant4によるCALETプロトタイプ検出器モデルとシミュレーション計算例 Epicsによるシミュレーションのイベント例