関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) GEM/μPIC を用いた真空紫外 イメージング検出器 VI 日本物理学会 第 67 回年次大会 2012 年 3 月 27 日 関西学院大学 関谷洋之 東京大学宇宙線研究所 窪秀利, 谷森達 京都大学理学研究科.

Presentation on theme: "関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) GEM/μPIC を用いた真空紫外 イメージング検出器 VI 日本物理学会 第 67 回年次大会 2012 年 3 月 27 日 関西学院大学 関谷洋之 東京大学宇宙線研究所 窪秀利, 谷森達 京都大学理学研究科."— Presentation transcript:

1 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) GEM/μPIC を用いた真空紫外 イメージング検出器 VI 日本物理学会 第 67 回年次大会 2012 年 3 月 27 日 関西学院大学 関谷洋之 東京大学宇宙線研究所 窪秀利, 谷森達 京都大学理学研究科 黒澤俊介, 柳田健之, 横田有為, 吉川彰 東北大学多元物質研究所 福田健太郎, 石津澄人, 河口範明, 須山敏尚 株式会社トクヤマ

2 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) Introduction UV シンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメ ージャー LaF 3 (Nd 3+ 8%mol) λ =172nm, τ = 6ns ガスイメージング装置 CsI 光電面 VUV シンチレーター 10cm μPIC ＋ GEM 241 Am 2.6MBq 照射 初めは 5.5MeV  線源でのイメージング

3 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 高光量シンチレータの開発 Nd dope したフッ化物結晶 Nd:LuLiF 4, Nd:LuF 3 LaF 3 LuF 3 LuLiF 4 1.0 : 2.1 : 2.6 CrystalZDensity [g/cm 3 ] Wave length [nm] Decay time [ns] Nd:LaF 3 535.91737 Nd:LuLiF 4 646.218312 Nd:LuF 3 668.317810 PMT 浜松 R8778(QE=30%) による測定 → LaF 3 に比べた光量 LuLiF 4 は 2.1 倍 LuF 3 は 2.6 倍 5.5MeV α( 241 Am) 10mm 5mmt 3

4 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 57 Co 122keV  によるイメージング X 線でのイメージング実証へのステップ ◦QE は未だ低いが、検出効率はガス検出器に比べて向 上 4 57 Co (122keV )  =5mm UV photon photo electron 54mm 34mm Insensitive region Nd:LuLiF 4 に 直接 CsI を蒸着した window

5 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 講演内容 量子効率の向上 ◦ 理研 → 浜松の新反射型光電面を入手 ◦Ne ベースのガスでの QE 測定 長期動作試験 これらを評価するためのセットアップの構築 地下から地上へ Nd:LuF 3 光源の評価と QE 評価のための DAQ Ne ベースガスの露点モニターとゲッターの導入 課題

6 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 基準光源としての Nd:LuF 3 の評価 QE の分かった検出器 (PMT) での測定 5mmt 10mm 5.5MeV α( 241 Am 3kBq) LuF 3 の発光波長スペクトル

7 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 2 種類の PMT での比較 R7281(ZK0777) ◦Bialkali 光電面, MgF 2 窓 R6835(PA0138) ◦CsI 光電面, MgF 2 窓 QE 30%@178nm QE 1%@178nm

8 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) ガス用の DAQ でデータ取得 5×10 5 ゲイン ( ブリーダをカスタマイズ 50Ω termination) ◦ アンプ クリアパルス CP581 0.2V/pC に改造 ◦FADC CAEN DT5724 250mV→1.56×10 7 electrons→31p.e. 6mV→3.8×10 5 electrons→0.8p.e. QE(R6835)/QE(R7281)= 1/30 を確認

9 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) ガスの純度 (H 2 O 不純度 ) モニター 封じ切り容器中の CsI 劣化要因の H 2 O 量を抑え る ◦ 長期測定や、ガス依存性等を測定するのに不可欠 容器の中身 ◦SUS 容器 ◦ バイトン O-ring ( 良くないだろ う ) ◦uPIC/GEM ◦PEEK フレーム、ネジ ◦SHV,BNC セラミックフィードス ルー ◦ 半田 ◦ カプトンテープ ◦10kV 耐圧シリコン被覆導線 ◦MgF2 窓 ◦ 銅電極

10 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 封じ切り容器での測 定 TMP で 2 日間真空引き → 5×10 -4 Pa Ne(95%)CF 4 (5%) を 0.105MPa 導入 封じ切って露点を測定 ◦CP 80268 data logger 露点計 圧力計 温度計

11 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 露点温度 ガス温度 絶対湿度 容器ゲージ圧 初期のゲイン変動にも影響？

12 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) ゲッターの導入 SAES CapaciTorr D-400-2 ◦3nm 金属メッシュフィルター ◦5×10 -4 Pa まで引いたあと、 Ne(95%)CF 4 (5%) を 0.105MPa 導入 ◦ 高純度ガスポンプで 1.2L/min で循環 検出器容器 圧力計 フィル ター 真空 ポンプ 露点計 循環ポンプ SAES ゲッター 温度計 マスフロー コントロー ラ 1.2L/min

13 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 露点温度 ガス温度 絶対湿度 容器ゲージ圧

14 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 絶対湿度：封じ切り 絶対湿度：封じ切りゲッター循環

15 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) まとめと今後 Nd:LuF 3 結晶を用いて量子効率を評価する系を 確立した。 ゲッターを用いることで、封じ切りガス循環で 長期純度を保つ (H 2 O を抑える ) 手法を開発した 。 → ICF フランジの真空容器 → PMT のようにタブレット型 Getter の導入 → 地下へ戻る？ 量子効率の評価 ◦ 新反射型光電面の評価 ◦Ne ベースのガスでの最適化 長期動作試験

16 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) Extra slides

17 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 透過型 CsI 光電面によるセットアップ 透過型光電面 ◦5t MgF 2 窓 ◦Al 電極 エッジ＋ 10mm ヒゲ ◦CsI 蒸着 50mm o(10nm) QE ～ 1%

18 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 反射型 CsI 光電面によるセットアップ 反射型光電面 ◦10cm 100μm LCP GEM ◦2μmNi 、 0.2μmAu メッキ ◦CsI 蒸着 o(100nm) QE ～ 3%

19 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) X= 50.9 mm ハイブリッドイメージング検出器 シンチレーター窓 φ54mm Ni contact CsI active area φ34mm 241 Am (5.5MeV a) =2.5mm UV photon photo electron 3mmt Nd:LuLiF 4 3.5 mm  =3.4 mm X= 54.3 mm 19

20 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 今後の計画 量子効率の向上 ◦ 改良反射型光電面 by 浜松 ◦Ne ベースのガス ◦ 低圧での動作  PIC  Micromegas 新結晶と X 線イメージング LAr/LXe での使用 JINST 5 (2009) P10002 CsI Bersikin et al., NIMA 442( ２０００ ) ５８

21 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) LAr/LXe + CsI 希ガスシンチレーターの発光波長 CsI の短波長での QE A.Breskin NIMA 371(1996) 116 Liquid Ar + CsI の組み合わせ？

22 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) Readout system NIMA 513(2003) 94 ASD chip for ATLAS TGC 0.8V/pC Position Encoder FPGA x 3 100MHz clock Obtained image 22

23 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) GEM::SMASH Φ70μm ピッチ 140μm 10cm×10cm 100μm LCP ×150 倍対物レンズ （カラー＋レーザー） ×20 対物レンズ（レーザー） KEYENCE VK9700 カラー３ D レーザー顕微鏡

24 関谷洋之 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) μPIC::μPIC-SE 400μm ピッチ、 10cm×10cm 16ch+16ch 読み出しの μPIC-SE さらに 4ch+4ch 読み出しで使用 ×20 倍対物レンズ （カラー） ×20 倍対物レンズ （ 3D レーザー）