KOPIO（BNL-E926）のための α線源を用いたNitrogen Scintillation の研究 卒業研究発表会＠京都教育大学理学科 2003年2月6日 京都教育大学教育学部初等教育教員養成課程 理系教育学科　高エネルギー物理学研究室 村山 芳幸 Contents KOPIO 半導体検出器を用いたNitrogen Scintillation ジオメトリアクセプタンス N2のエネルギー損失およびQuenching効果 Beam catcher への影響 2003 年度 理学科卒業研究発表会

KOPIO Measurement 目的 の崩壊モード の崩壊モード 崩壊領域を完全にVeto する必要性 の検出 and nothing! Cabibbo-小林・益川行列のパラメタ測定 の崩壊モード の検出 and nothing! 　　　　　　　の崩壊モード の検出 Back Ground Branching Ratio: 崩壊領域を完全にVeto する必要性 Beam Catcher の製作 Type Beam Cathcer prediction Wolfenstein style Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix 2003 年度 理学科卒業研究発表会 Unitarity Triangle

KOPIO Measurement ユニタリ三角形 小林・益川行列のパラメタ 三角形が破られる KOPIOではこの三角形の の和が三角形を作る 三角形が破られる CP Violation KOPIOではこの三角形の 高さを求める Unitarity Triangle Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix 2003 年度 理学科卒業研究発表会

KOPIO Measurement 目的 の崩壊モード の崩壊モード 崩壊領域を完全にVeto する必要性 の検出 and nothing! Cabibbo-小林・益川行列のパラメタ測定 の崩壊モード の検出 and nothing! 　　　　　　　の崩壊モード の検出 Back Ground Branching Ratio: 崩壊領域を完全にVeto する必要性 Beam Catcher の製作 Type Beam Cathcer prediction Wolfenstein style Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix 2003 年度 理学科卒業研究発表会 Unitarity Triangle

Beam Catcher –prototype- に対して強いEfficiency 中性子に対しては不感 1GeV/c 陽子での光量 0.027p.e.程度予期しない光量 Nitrogen Scintillation の可能性 窒素の光量測定 予期しない光量への影響 Charged veto Beam Catcher Down stream veto Pre-radiator Calorimeter Vacuum vessel Barrel photon veto Sweeping magnet electron Neutron 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Machinery and Materials Design PIN Photo Diode でTag 線源とPIN Photo Diode との距離は可変 線源を寸切りで制御 2つの光電子増倍管を 左右で見る 目的 線の光量測定 PMT1 PMT2 αSource PIN Photo 5cm Logics 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Machinery and Materials kopio N2ベンチ 圧力ポンプ 解析装置 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Simulation on Bethe-Bloch formula 線源 のエネルギー損失をEstimation Bethe-Bloch の式に適用 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Estimation on max (Energy deposit) 最もScintillation を期待できるDistance をEstimation 飛跡 4cm ですべての Energy を失う Scintillation を期待できる = エネルギー損失が大きい が小さいほど は大きい 線が止まる直前に強く光る [eV] α-particle in N2 α出だし 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Experiment -Semiconductor Detector- 半導体検出器をTag にしてScintillation 光を検出 ハード的に200ADC Count 以下はカット カット領域 PIN Photo Peak のMean から2σ PMT2 のADC Count >100 青色のカットは これに加え PMT1 のADC Count >100 PMT1 のピークはほぼNitrogen Scintillation Distance from Source 7.2mm, 12.2mm, 16.4mm, 21.6mm, 24.3mm, 31.5mm, 34.5mm 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Experiment -Semiconductor Detector- 5 40 Distance [mm] Energy [MeV] エネルギー損失 真空を5.4MeVと規格化 toy MC でfitting 4cm 程度進む Bethe-Blochにほぼ一致 Photoelectron 距離が大きくなるにつれて増加 距離が大きいほど発光スペース が大きい 止まる直前で大きく発光 Bethe-Bloch の理論に一致 N2 Photoelectron Distance [mm] 40 1 2 N2 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Geometry Acceptance Geometry Acceptance αSource PIN Photo PMT2 Geometry Acceptance α線がPIN Photo と衝突するまで0.1mm 刻みで立体角を求め, それの平均を出す. ソフトウェアでシミュレーション 100,000plot / 0.1mm 光電子増倍管に入ったPhoton 数がわかれば, Geometry Acceptance から全Photon数をEstimate できる 光電子増倍管の量子効率 q=0.2 Photon=photoelectron/(q A) Acceptance 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Evaluate on Photon N2 Air Photon / MeV 全Photon 数 940の理想に対し836 100 200 photon 40 Distance[mm] Evaluate on Photon N2 Photon / MeV これらの平均からPhoton 数を求める Mean = 154.4 [photon] 全Photon 数 　　　　 … 5.4MeV 154.4 ×5.4 = 836 [photon] 940の理想に対し836 15% 以内 空気での全Photon 数 28.2 × 5.4 = 152 [photon] Air 20 30 photon 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Quenching effect O2 はN2 scintillation のエネルギーを吸収し, 発光を妨げる I0 Quench される前のPhoton 数 I Quench 後の光量 c O2比 K = 20(定数) 理論値 K=20 を, 実験データから求める K = 22.4±2.4 理想値よりもやや大きいが, ほぼ一致 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Results and Summary Nitrogen Scintillation を確認及び光量測定 N2 …. 836 [photon] Air …. 152 [photon] Quenching 定数 K =22.4 ±2.4 を実験的に求めた Aerogel Cherenkov beam catcher への影響 予期しない光量 0.027 [photoelectron /1Gev/c proton] Nitrogen Scintillation による影響 0.02 [photoelectron] Factor で近似に成功 予期しない光量にNitrogen Scintillation の影響は 無視できないと主張できる →光らない気体探し及びgas 較正 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Discussion 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Discussion 2003 年度 理学科卒業研究発表会

Discussion 5inch PMT beam Pb 2t aerogel 35cm 2003 年度 理学科卒業研究発表会