μPIC の高ゲイン化 ー高エネルギー実験への応用ー 野崎光昭（神戸大） 実働：永吉，高田（京都大）
GEM MicroMEGAS μPIC ３種類のMPGD GEM MicroMEGAS μPIC 〜103 〜105 〜104 多重にして http://www.gdd.web.cern.ch/GDD/ Y. Giomataris et al, Nucl. Instr. and Meth. A376 (1996) 29 μPIC ３種類のMPGD GEM MicroMEGAS μPIC 〜103 〜105 〜104 多重にして 増幅率を稼ぐ 極薄間隙 至る所高電場 単層だが電極構造が複雑
μPIC has been very much improved ! Cathode Anode VA = 560V Bad electrodes < 0.1% Stable gain ~104 Gain uniformity σ=4.5%
変更の動機：MIPが見えるようにゲインを上げたい！ 単一シートで増幅可能（GEM/MicroMEGASでは複数の層，スペーサが必要） HEPで量産する場合には単純構造が有利（ワイヤー張りはもうたくさん！） シート自体は複雑だが量産効果が期待できる（複数層の組立は量産に不向き） アノード・カソードの結合が強い電場ではカソードからの電子放出が放電の元？ カソード表面電場を下げて，アノード表面電場を上げる E field of MSGC
答：ドリフト電場を大きくする ただし，大きくしすぎると電気力線がアノードに集まらない →電子収集効率が低下（最適化が必要：Maxwell3D+Garfield） 必然的にドリフト空間へのイオンフィードバックが大きくなる →TPCに応用するならgating gridが必要 基板の厚さ100μmがすべてのスケールの基準（境界条件）となる 最適化の結果：ED=5kV/cm，φA=50μm，φC 200μm，pitch=300μm E field of MSGC
電極表面高さでの電場の強さ 従来のμPIC 新しいμPIC アノード表面の電場に比べてカソード表面の電場が小さい 100 kV/cm anode cathode anode cathode アノード表面の電場に比べてカソード表面の電場が小さい
電子の収集効率 = 90％
電子の収集効率 = 90％
ガス増幅率 Gas : Ar80% + C2H620% Edrift (kV/cm) VAC (V) Ecathode (kV/cm) Eanode Gain 新μPIC 5 500 89 150 5.0×103 650 124 201 2.4×105 800 257 1.2×107 旧μPIC 1 600 113 141 6.0×103 154 144 1.8×104
高エネルギー実験への応用 Wireless Thin Gap Chamber TPC end plate Photon detector Large area tracking device Muon chamber Sampling calorimeter HCAL(&ECAL?) for LC detector TPC end plate need to suppress ion feedback w/ additional chamber Photon detector w/ photocathode SK-like detector Cherenkov telescope
高エネルギー実験への応用 TPC readout with an additional Sampling calorimeter GEM sheet as a gating grid Sampling calorimeter a few mm
今後の課題 プロトタイプの製作と基本特性試験（ガス増幅率等） 長期安定性，高頻度環境での動作等々 ガスの最適化 基板表面への電子・イオンの蓄積（水分，表面抵抗） 読み出し方法（アノード／カソード） エレクトロニクス（本当に107が実現するならアンプは不要？） 基板サイズはどこまで大きくできるか？ 量産（コスト低減） 具体的な実験への応用 興味のある方は是非ご参加下さい