測定結果（9月） 2005年10月7日

先月（8月）の測定 Test bedの紹介 スペクトラム 信号波形 GEM foilからの信号波形 GEMの基本特性（P10 gas）

The goal GEM基本特性の詳細測定 GEM foilからの信号を反転して読み出し 絶対ゲインの測定 測定点を増やした詳細な測定 先月挙げた課題 GEM foilからの信号を反転して読み出し 絶対ゲインの測定 測定点を増やした詳細な測定 各HVを独立に供給 多チャンネル読み出し

主な出来事（9月） 絶対ゲインの測定 信号波形改善 Multi-channel readout 独立電源化 GEM故障と修理 Pre-amp.特性測定 データ解析 領域間隔を変更して測定 ArCO2でのゲイン特性測定

Outline 独立電源化 信号波形改善 測定結果（P10、ArCO2） 波形測定結果 今後の課題

独立電源 HV HV 2 mm GEM1 2 mm RC Filter HV GEM2 RC Filter HV 2 mm GEM3 2200pF 10M HV 1.5M 10M HV 2200pF 2 mm GEM1 2 mm RC Filter HV GEM2 RC Filter HV 2 mm GEM3 RC Filter HV 5 mm RC Filter HV 10M HV 2200pF RC filter

ET dependence GEM壊れる（2.4kV/cm）

GEMの再生 ソフトエッチング処理 したGEM #6（New） #4（New） ソフトエッチング処理したGEMは正常動作するようになりました

対策 こちらを採用 抵抗ネットワークを使用 独立電源の電源供給を変更 測定が容易である 測定点が少ない 供給方法に問題？ 今まで使用してきたネットワークの抵抗数を増やし細かく調整できるようにする 独立電源の電源供給を変更 供給方法に問題？ こちらを採用

GEM foilからの信号波形改善 改善前 スペクトラム 改善前 信号波形

GEM foilからの信号波形改善 信号を見るため 抵抗つけない 1.５MΩ抵抗を追加

Pulse shapes 改良前 抵抗追加

Spectrum ADCに取り込むためパルストランスを使用して信号を反転させて測定

さらに改良 ノイズで長周期で上下 十数kHzのノイズを確認 全てのHVにRCフィルタを追加 10MΩ+2200pF

RCフィルタの追加 2200pF+10M

Spectrum ADCに取り込むためパルストランスを使用して信号を反転させて測定 改善された 抵抗のみ RCフィルタ（C追加）

Charge correlation GEM foilからの信号 Readout padからの信号 電荷量の相関はどうなっているのか

Charge correlation 両チャージ量に相関がある QFoil (pC) QPad (pC)

ゲイン測定結果 55Fe (5.9 keV X-ray) Drift 10 mm GEM1 Transfer-1 2 mm GEM2 Induction 2 mm

ΔVGEM 104 ArCO2 (70:30) P10 103 102 ED=0.5kV/cm ET～1.6kV/cm EI ～3.2kV/cm ArCO2 (70:30) ED～0.5kV/cm ET～1.8kV/cm EI～3.6kV/cm P10 103 102

ED dependence ΔVGEMが増加したのでEDの大きな方へ移動した ArCO2 (70:30) ΔVGEM=360V ED=0.5kV/cm EI=3.6kV/cm P10 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm EI=3.2kV/cm

EI dependence 104 ArCO2 (70:30) P10 ΔVGEM=360V 103 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm ET=1.8kV/cm P10 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm ET=1.6kV/cm 103 102

ET dependence ΔVGEMが増加したのでETの大きな方へ移動した P10 ΔVGEM=320V ArCO2 (70:30)

波形測定 信号波形がドリフト速度に依存している事を確認 ArCO2で測定 Induction領域の電場を変化

Drift velocity of electrons in P10 gas cm/μs 4 2 EI=3.2kV/cm Drift velocity ≒ 25cm/μs (at 3.2kV/cm) 1mm: 40ns 2mm: 80ns 4mm: 160ns で信号が立ち上がる

Induction gap = 4mm EI =3.2kV 160ns 31mV Velocity=2.5cm/μs EI=3.2kV/cm ED=0.5kV/cm ΔVGEM=320V ET=1.6kV/cm Mean of ADC counts=217.8

Induction gap = 2mm EI =3.2kV 80ns 85mV Velocity=2.5cm/μs EI=3.2kV/cm ED=0.5kV/cm ΔVGEM=320V ET=1.6kV/cm Mean of ADC counts=266.2

Induction gap = 1mm EI =3.2kV 40ns 130mV Velocity=2.5cm/μs EI=3.2kV/cm ED=0.5kV/cm ΔVGEM=320V ET=1.6kV/cm Mean of ADC counts=276.7

EIを変化させて波形測定:P10 gas EI =3.2kV, DI=2mm 80ns 80ns 90 mV Velocity=2.5cm/μs P10 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm ET=1.6kV/cm

EI =1.28kV, DI=2mm 72ns 72ns 44 mV Velocity=2.8cm/μs P10 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm ET=1.6kV/cm

EI =0.64kV, DI=2mm 56ns 56ns 40 mV Velocity=3.6cm/μs P10 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm ET=1.6kV/cm

EI =0.32kV, DI=2mm 48ns 48ns 28 mV Velocity=4.2cm/μs P10 ΔVGEM=320V ED=0.5kV/cm ET=1.6kV/cm

Drift velocity in P10 gas 2 4 Drift velocity (cm/mm) Ar-CH4(90/10)

Drift velocity of electrons in ArCO2 gas 電場の増加により速くなる

EI=0.72kVcm, DI=2mm 120 ns 24 mV 56 ns Velocity=1.6 cm/μs ArCO2 (70:30) ΔVGEM=360V ED=0.5kV/cm ET=1.8kV/cm

EI=3.6kVcm, DI=2mm 48 ns 70 mV Velocity=4.2 cm/μs ArCO2 (70:30) ΔVGEM=360V ED=0.5kV/cm ET=1.8kV/cm

EI=5.76kV/cm, DI=2mm 40 ns 135 mV Velocity=5.0 cm/μs ArCO2 (70:30) ΔVGEM=360V ED=0.5kV/cm ET=1.8kV/cm

EI=8.64kV/cm, DI=2mm 40 ns 170 mV Velocity=5.0 cm/μs ArCO2 (70:30) ΔVGEM=360V ED=0.5kV/cm ET=1.8kV/cm

Drift velocity of electrons in ArCO2 gas

まとめ 信号波形を改善 独立電源化を一時止め抵抗分圧式にした ゲイン特性をP10、ArCO2について行った ΔVGEM+各領域の電場強度でほぼ決まる 波形測定により波形の立ち上がりは電子のドリフト速度に依存していることを確認した

今後の課題 GEM固定方法 GEMが歪む CERNタイプ（正三角形配置）での測定 時間依存性、安定性の測定

付録

Test chamber Readout pad GEM3層構造 GEM Mesh

GEM foil 10cm 10cm Fuchigami micro Co., Ltd. 製

GEM foil 140 μm Polyimide φ = 70μm 5 μm 50 μm 5 μm Cu 穴は格子点に配置 CERN GEMとは異なる 140 μm 5 μm Polyimide 50 μm 5 μm Cu

Readout pad 1mm □15mm×15mm 36個＝6行×6列

Test chamberの構造 Readout pad (□15mm×15mm) Pre-amp. 36個＝6行×6列 2 mm GEM1 Resisters 1MΩ×12 2 mm GEM3 5 mm HV1 HV2 55Fe (5.9 keV X-ray)

Test chamber Pre-amp. Test chamber HV HV

Test chamber 分圧器 1MΩ×12 線源

システム構成 NIM system CAMAC system RPN220 Divider Disc. Gate Gen. CCNET GATE BUSY GATE GATE 8 VETO From the pre-amp. 120 μs delay ADC 2249W GATE Delay 100ns 11