TPC位置分解能の磁場依存性 登壇者 中村圭一 所属：農工大、佐賀大A、DESYB、近大C、広大VBLD、KEKE、筑波大F、 　　　　工学院大G、MPIH、MindanaoSUI 氏名：中村圭一、荒木智之A、池松克昌B、加藤幸弘C、黒岩洋敏D、小林誠E、 　　　　　杉山晃A、仁藤修、土生昌宏、藤井恵介E、松田武E、山岡広E、 　　　　　　山口敦史F、渡部隆史G、Ron. SettlesH、M. HamannB、 　　　　　　　　H. Gooc JrI、R. ReservaI 、他ILC-CDCグループ 登壇者　中村圭一 日本物理学会　　2005年秋季大会

Introduction TPCを採用 位置分解能の 磁場依存性の測定 LC飛跡検出器に対する要求性能 運動量分解能 σpT/pT≦(1×10-4)・pT［GeV］ カロリーメーターと 飛跡の一対一対応 測定器の性能　 　→ 位置分解能(σX) ≦150μm　 測定器の性能　 → 位置分解能(σZ) ≦1mm B = 3～4 (T) : 磁場 n = 200～250 : 測定点の数 L = 155 (cm) : 飛跡の長さ TPCを採用 TPC中の電離電子は 　　　磁場に絡みつきながらドリフトする 電子の拡散は 　　　磁場強度とドリフト距離に強く依存する B=0T 位置分解能の 　　　　　磁場依存性の測定 B=4T

Motivation 本講演 MWPC−TPCの磁場依存性の測定 TPCのSensor として MWPC, GEM, 　　　　　Micromegas, が候補として挙げられる それぞれの性能比較を行うために Prototype TPC を用いた性能評価 同じfield cage, electronics, 解析 　　　　　　　　本講演 MWPC−TPCの磁場依存性の測定 GEM, Micromegas → following talks in detail

MWPC Readout TPC y x z ＜ 長い距離を電子がドリフトしても 位置分解能がそれほど悪化しない ＝ 3次元の飛跡を構成 E B pad（x , y方向） 　　　 ＋ 検出信号の時間情報（z方向） 　 ＝ 3次元の飛跡を構成 磁場と電場が平行にかかっているため、 　実際はガス分子との衝突によって散乱を 　うけるが、磁場にまきつく効果により 拡散が抑えられる ＜　長い距離を電子がドリフトしても 　　　　　　　　　　位置分解能がそれほど悪化しない

B Dependence Measurement TPCにおける位置分解能の 　　　　　　　　　磁場依存性をみる 宇宙線テスト(B=1T, 4T) at DESY 各条件で測定、比較 ビームテスト(B=1T) at KEK super conducting magnet(JACEE) BMAX=1.2T at KEK super conducting magnet BMAX=5T at DESY

Prototype TPC Field Cage>> TPC Readout Pad>> 26 cm Pad Plane: 10cm x 10cm Pad Size: 2mm x 6 mm, 0.3mm Gap

Conditions Gas: TDR (93% Ar, 5% CH4, 2% CO2) HV:Wire=1250 V Cathode=-6000 V → Velocity=4.5cm/μsec Analysis: DoubleFit (developed at DESY) DESY Cosmic Data – 192 readout channels (6 pad rows) – Magnetic field: 1tesla, 4tesla KEK Beam Data – 224 readout channels (7 pad rows) – Magnetic field: 1 tesla

Analysis of Pad Response パッド上に誘起される電荷分布と トラックの入射位置との関係をドリフト距離、 入射角度、磁場の関数として明らかにし、 拡散定数CDを算出する。 Xpadi Xtrack track Xtrack-Xpadi(mm) Qi/Qtotal 1 wire pad 横軸を　 Xtrack-Xpadi 縦軸を　 Qi/Qtotal としてプロット 飛跡の位置は 各々のpadからの電荷量で計算

Pad Response (1tesla, Cosmic) Z=0cm Z=26cm

Pad Response (4tesla, Cosmic) Z=0cm Z=26cm

Width of Pad Response Cosmic

X Resolution Cosmic

φDistribution (Cosmic) wire track Pad << 1tesla 4tesla >>

φdependense(1tesla) PR width : KEK Beam : DESY Cosmic (deg.)

φdependense(Cosmic) << 1tesla 4tesla >> PR width PR width (deg.)

E×B Effect + Angular Wire/Pad Effects track Pad φ=0 B B E wire E×B Effect wire近傍で、電場と磁場が クロスし、wire方向に電荷が 分散してしまう効果 wire track Pad φ=0 B=0 φ wire track Pad B=0 Angular Effects 初期電子の出来方とガス 　増幅の振らつきによって、 　重心が左右されてしまう 　効果 本測定では、Pad１枚 ← wire３本からの電荷が誘起

Z Resolution Z Resolution Cosmic σZ< 1mm

Summary 1tesla 4tesla 1308 ±5.06 148±9.45 1500 ±4.50 257±6.81 σPR(0) (μm) σX(0)(μm) 1tesla 1308 ±5.06 148±9.45 4tesla 1500 ±4.50 257±6.81 Z=0近傍で、4teslaの方が位置分解能が悪くなった E×B effect により、磁場が高いほど 　　　　　　　　 wire近傍で電荷が分散 Pad１枚 ← wire３本からの電荷が誘起

Summary ドリフト距離が長くなる場合に有効である 1tesla 4tesla CDは、1teslaに比べ、 CD{μm/sprt(cm)} CD/sqrt{Neff} 1tesla 245 ± 1.91 44.4±2.25 4tesla 116 ± 5.02 8.2±11.9 CDは、1teslaに比べ、 　　　　　　　　4teslaの方が良くなっている 磁場によって拡散が 　　　抑えられる事が確認できた ドリフト距離が長くなる場合に有効である

1Pad ← 3Wire ψ:Lorentz Angle φ wire track Pad B

φdependense(1tesla) << KEK Beam DESY Cosmic >> PR width Phi (deg.) DESY Cosmic >> (deg.)