ＢＧＯを用いた 液体キセノン検出器の較正 ＩＣＥＰＰ 森研究室Ｍ１千葉哲平
はじめに 崩壊角を限定するための NaIカロリメータ MEG実験ではμ→ｅγ崩壊を探求している μ＋→ｅ＋γ ： ５２．８ＭｅＶのγ線 μ＋→ｅ＋γ ： ５２．８ＭｅＶのγ線 γ線の検出 ： 液体キセノン検出器 較正 ＬＥＤ、Ｃｏｓｍｉｃ ｒａｙ、α線、コッククロフト・ ウォルトン型加速器の陽子ビームを使う方法など そのひとつにπ０を使ったものがある。 π０崩壊のうちＢａｃｋ ｔｏ ｂａｃｋのイベントを利用 キセノン検出器の反対側にＮａＩのカロリメータ より効率的な較正のためにＢＧＯに替える計画 １．キセノン検出器について ２．π０キャリブレーション ３．ＮａＩ検出器について ４．ＢＧＯについて ５．セットアップ ６．動作テスト 液体水素ターゲット
液体キセノン検出器 μ→eγ崩壊の際生じる52.8MeVのγ線を捕らえる 容量９００Lの世界最大の 液体キセノン検出器 ８４６個のPMT 時間、位置、エネルギー を同時に計測
液体キセノン検出器
液体キセノンの性質 NaI並の光量 発光、減衰が早い 再吸収が無い 液体である温度領域が狭い 純化が必要 Energy per scintillation photon (52.8MeV γ線) 23.7eV Decay time ４５ nsec Density 3.0 g/cm3 Mollier radius 4.1cm Radiation length 27.7 mm Melting point 161K Boiling point 165K
π0 calibration ～６０％ ５４．９～８２．９ＭｅＶ （１５５～１８０°に対応） ～４０％ １２９．４ＭｅＶ ５４．９～８２．９ＭｅＶ （１５５～１８０°に対応） 85 80 75 70 65 60 55 ←８２．９ＭｅＶ Energy n γ π0 stop π- LH2 target θ ミューオンターゲットと 切り替え可能 ←５４．９ＭｅＶ →単色光 155 160 165 170 175 180 angle 角度を選別することで ５２．８MeVに近いエネルギーを持つγ線が得られる ↓ その領域での分解能を求めることができる ～４０％ １２９．４ＭｅＶ
NaI Setup 駆動装置 ＡＰＤで検出 Ｎａｉ ｄｅｔｅｃｔｅｒ 問題点 密度が小さいためγ線を止める力が弱く、 Ｎａｉ ｄｅｔｅｃｔｅｒ 問題点 密度が小さいためγ線を止める力が弱く、 漏れたエネルギーのせいでresolutionが悪くなる NaIには潮解性があるのでケースが必要（ステンレス０．３ｍｍ）
代替候補のBGO 特長 密度が高いため、γ線を止める能力に優れる 潮解性がない →キャリブレーションの効率を上げる効果が期待できる（現在１～２ｗｅｅｋｓ） Radiation length (cm) Mollier radius (cm) dE/dx (MeV/cm) Density (gcm-3) decay time (ns) d(LY)/dT (%/℃) NaI 2.59 4.13 4.8 3.667 230 -0.2 BGO 1.12 2.23 9 7.13 300 -0.9 問題点 光量に温度依存性がある NaIに比べすこし高価 ＮａＩとの大きさの違い
ＢＧＯ検出器のセットアップ ＢＧＯの温度依存性とＰＭＴの磁場依存性 をＬＥＤを用いて較正する ＬＥＤはテフロンを巻いて光を弱めた 温度計（Ｐｔ１００） ： ０℃１００Ωの白金抵抗 ＋０．３９Ω／℃
ＢＧＯ検出器のセットアップ 温度計 ＬＥＤ ＰＭＴ 結晶には反射材が巻かれている一端にＰＭＴと温度計、テスト用ＬＥＤを取り付け全体を覆うように遮光する。 ４×４に積んで完成
動作テスト 宇宙線の検出による動作確認 縦に４つ並べ全ての結晶を通過したときトリガーをかけた １ １ ２ ２ ３ ３ ４ ４ 波形を積分しただけなので符号は反対
π０を使ったテスト ２時間でとったデータ 結晶ごとの波高ヒストグラム 縦軸Ｌｏｇスケール ＢＧＯ側のＧａｉｎは調整していない 中央の４つのチャージの和 でトリガー
First shot ５４．９ＭｅＶ、８２．９ＭｅＶの位置に ２つのピークができると予想された この２箇所にイベントが 集まると予想された 縦軸：Ｘｅ側エネルギー 横軸：ＢＧＯ側波高の和 ＢＧＯ側波高の和のヒストグラム 縦軸Ｌｏｇスケール
ＮａＩでの撒布図
First shot Ｘｅ側エネルギーの分布 ５５ＭｅＶ ８３ＭｅＶ ３つのピークが見えている １２９ＭｅＶ
まとめ ＢＧＯがＮａＩの代わりになりうるか調査するために検出器を試作し動作テストをした 結論 ＢＧＯを使った検出器が動作することを確認した 今後gainを合わせた詳細な解析をする予定 Ｓｃｈｅｄｕｌｅ 駆動装置への組み込み ゲイン合わせ（磁場、温度依存性など） トリガーの調整 これらをビームタイムが始まる前（４／１１）に行う 今年のランで使えるようにしたい