ISS軌道上におけるCALET 装置較正方法の検討

Presentation on theme: "ISS軌道上におけるCALET 装置較正方法の検討"— Presentation transcript:

1 ISS軌道上におけるCALET 装置較正方法の検討
早大理工研、神奈川大工A、横国大工B、JAXA/SEUCC、東大宇宙線研D 九反万理恵、鳥居祥二、笠原克昌、小澤俊介、小谷太郎、中川友進、植山良貴、仁井田多絵、田村忠久A 、片寄佑作B 、清水雄輝C、赤池陽水D、他CALETチーム

2 研究目的 CALETはISS軌道上で最長５年の長期観測を行うため、環境変化や経年によって各装置の出力値が変化
　　　①　宇宙空間で最も数が多い陽子 　　　　　→装置較正時間の短縮 　　　②　陽子の約４倍の出力値が見込まれるHe 　　　　　→陽子による装置較正の確認 　　　陽子、Heを利用した装置較正方法の確立を目指す

3 CALET装置構成 CHD ： Charge Detector 電荷測定 - プラスチックシンチレータ
448mm CHD1 CHD ： Charge Detector CHD2 IMC1+2 電荷測定 - プラスチックシンチレータ (32mm×10mm×448mm) 14本 × 2層 (X,Y) IMC3+4 IMC5+6 IMC7+8 TASC1 IMC ： Imaging Calorimeter　 240mm 粒子の飛跡検出、エネルギー測定 - シンチレーティングファイバー 　　 (1mm×1mm×448mm)　448本 × (X,Y) × 8層 - タングステン板 0.2X0 × 5枚 + 1X0 × 2枚　(計3X0) 320mm CALET装置構成 Single Trigger：装置較正に用いるトリガーモード ・CHD各層の出力の和（2ch）　> 0.7MIP ・IMC各層の出力の和 (8ch)　> 0.7MIP ・TASC1層目の出力の和(1ch)　>　0.7MIP TASC ： Total Absorption Calorimeter 粒子識別、エネルギー測定 - PWO (20mm×19mm×326mm) 16本 ×12層　(計27X0)

4 シミュレーションデータ 入射粒子： AMS-01の各地磁気緯度における陽子のエネルギースペクトル
入射方向：　CALET上部に十分大きい平面を想定し、平面から等方的に入射 ※　θM ：地磁気緯度（deg.) 軌道はCALETとは違う。 AMS-01の各地磁気緯度における陽子のエネルギースペクトル（高度320㎞-390㎞） （M.Auilar, et al. Physics Reports 366(2002） )

5 陽子のエネルギースペクトル（シングルトリガー）
各地磁気緯度においてシングルトリガーで取得される陽子のエネルギースペクトルを導出 AMS-01の観測結果 IMC内でエネルギー損失し きるイベントがあるため減少 幾何条件を満たさないイベントが あるため減少 preliminary シングルトリガー（CALET）で取得

6 シングルトリガー（各ch > 0.7MIP) 各PWOのエネルギー損失のヒストグラムを作成し、1MIPを決定
装置較正に利用するイベントの選出 あるPWOの装置較正に利用できるイベントの条件 　　①　衝突しない 　　②　幾何条件を満たす（シャワー軸がPWOを通過） シングルトリガー（各ch > 0.7MIP) CHD シャワー軸再構成し、各層で シャワー軸が通過したPWOを決定 （シャワー軸から±1㎝以内にあるPWO） IMC 選んだPWOが各層で最も大きい エネルギー損失？ NO TASC YES 選んだPWOの下３本の PWOのdE > 0.5MIP 利用しない NO YES 各PWOのエネルギー損失のヒストグラムを作成し、1MIPを決定 CALET装置構成

7 ＴＡＳＣ各層の粒子数分布 イベント選別 上記（黒）のうち、衝突しないもの 各層のある1本のPWOの出力ADC値を粒子数に換算
　　　イベント選別 　　　上記（黒）のうち、衝突しないもの 　　　上記（黒）のうち、　衝突するもの 各層のある1本のPWOの出力ADC値を粒子数に換算 　　・　1層目：PMT（S/N=31） 　　・　2層目以降：APD（S/N=3.3） シャワー軸再構成で得られた入射角により、角度補正 ※陽子（17.2~22.9deg.） 1層目 2層目 3層目 4層目 5層目 6層目 7層目 8層目 9層目 10層目 11層目 12層目

8 地磁気緯度による陽子１MIPピークの比較 preliminary 各層の１MIPピークを比較
　　（縦軸：１MIPピーク値、横軸：TASC１層目～１２層目） 0~12　deg. 12~17　deg. 23~29　deg. 29~34　deg. 34~40　deg. 40~46　deg. 46~52　deg. シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明 preliminary 各地磁気緯度、各層の1MIPピーク値

9 トリガーレートの導出 各地磁気緯度においてシングルトリガーの取得レートを導出 地磁気緯度（degree) トリガーレート[Hz] 0~12
地磁気緯度（degree) トリガーレート[Hz] 0~12 23 12~17 20 17~23 22 23~29 29 29~34 39 34~40 63 40~46 96 46~52 170 52~57 300 ・　flux　[ sec-1 m-2 sr-1 MeV-1 ] ： 　　　　　　　　入射フラックス（AMS01の観測結果） ・　S0　[ m2 ] ： 　　　　CALET上部の陽子を降らせた平面の面積 ・　Ω0 [ sr ] ：立体角 ・　N　：シングルトリガー取得イベント数 ・　N0　：入射したイベント数 ・　k　[ MeV ] ：エネルギー幅 𝑓𝑙𝑢𝑥[〖𝑠𝑒𝑐〗^(−1) 𝑚^(−2) 〖𝑠𝑟〗^(−1) 〖𝑀𝑒𝑉〗^(−1) ]×𝑆_0 〖[𝑚^(2)]Ω〗_0 [𝑠𝑟]×𝑁/𝑁_0 ×𝐸[𝑀𝑒𝑉]

10 装置較正に要する観測時間の見積もり preliminary 最下層のある１本のPWOで装置較正に使えるイベントの取得レート ｒ [Hz]
　　（＝トリガーレート×装置較正に利用できる数/シングルトリガー取得数） 各緯度の滞在時間 tθM[min]は　　　　　　　　　　から導出 取得レートが高い35deg以上を用いると、 　　平均取得レートは 　　（0.19× × ×27.3）/48.23 ≒0.34[Hz] 0.34×48×60 ≒ 1000 events 　　ISS軌道1周期で最下層のあるPWOの 　　装置較正に利用できるイベントは 　　約1000events取得可能 preliminary 地磁気緯度θM（deg.) 装置較正に利用できるイベントの取得レート r (Hz) 滞在時間（1周期）　tθM (min) 0~12 0.053 12.8 12~17 0.048 6.63 17~23 6.91 23~29 0.078 7.35 29~34 0.13 8.05 34~40 0.19 9.23 40~46 0.25 11.7 46^51.6 0.43 27.3

11 まとめと今後の課題 まとめ シングルトリガー取得される陽子イベントで１MIPピークが検出できるイベント選別方法を確立
TASC最下層のある１本のPWOの装置較正に利用できるイベント数はISS軌道1周期で約1000イベント 今後の課題 Heを用いた装置較正方法の検討

12 BACKUP

13 PWOを粒子が通過しないイベントが多いため、1MIPが見えない
シングルトリガーで取得された各層のある1本のPWOの出力ADC値を粒子数に換算 　　・　1層目：PMT（Gain=3.0×104、S/N=31） 　　・　2層目以降：APD（Gain=50、S/N=3.3） ※陽子（17.2~22.9deg.） 1層目 2層目 3層目 4層目 5層目 6層目 7層目 8層目 9層目 PWOを粒子が通過しないイベントが多いため、1MIPが見えない 10層目 11層目 12層目

14 シングルイベント選別 ① 各層で最も大きいエネルギー損失をしたPWO →ペデスタルイベント除去 ② 各層でシャワー軸が通過したPWO
　　　→ペデスタルイベント除去　 ②　各層でシャワー軸が通過したPWO 　　　(PWOの真ん中の座標から±１㎝以内にシャワー軸が含まれる） 　　　→幾何条件を満たすイベントを選別、シャワーイベント除去 ①、②の両方を満たすPWOにのみ、各イベントでdEをFillする IMC TASC ←○のPWOがその層で最も大きい エネルギー損失をした場合、ヒスト グラムにFill　

15 地磁気緯度による１MIPピークの比較 陽子（17.2~22.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失をlangaufunkでFit
シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

16 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（11.5~17.2deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（11.5~17.2deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

17 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（17.2~22.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（17.2~22.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

18 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（22.9~28.7deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（22.9~28.7deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

19 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（28.7~34.4deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（28.7~34.4deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

20 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（34.4~40.1deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（34.4~40.1deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

21 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（40.1~45.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（40.1~45.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

22 ＴＡＳＣ各層のエネルギー損失（1本） 陽子（45.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 選別したイベント シングルイベント
　　　選別したイベント 　　　シングルイベント 　　　シャワーイベント 陽子（45.9deg.） 各層のあるPWOのエネルギー損失 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明

23 シングルトリガーのエネルギースペクトル①
preliminary preliminary preliminary preliminary

24 シングルトリガーのエネルギースペクトル②
preliminary preliminary preliminary

25 装置較正に使えるイベント数の見積もり 最下層のPWOまで装置較正できる条件は？ ① 衝突点なし ② 最下層で合計0.3MIP以上
　　　①　衝突点なし 　　　②　最下層で合計0.3MIP以上 　　　　　　(ペデスタルによるゆらぎなしの真のエネルギー損失) →TASC最下層まで相互作用せずに貫いたイベント 地磁気緯度（degree) シングルトリガーにかかるイベント数 N 最下層で装置較正に使えるイベント数 A 最下層で装置較正に使えるイベント数の割合(%) A/N 最下層のあるPWOで装置較正に使えるイベント数の割合(%) A/16N 0~11.5 537437 26290 4.89 0.308 11.5~17.2 572213 31666 5.53 0.346 17.2~22.9 587619 33305 5.67 0.354 22.9~28.7 593509 34685 5.84 0.365 シングルトリガーとは？地磁気緯度の説明 1/16倍：TASC1層16本

26 ISS軌道 𝑓𝑙𝑢𝑥[〖𝑠𝑒𝑐〗^(−1) 𝑚^(−2) 〖𝑠𝑟〗^(−1) 〖𝑀𝑒𝑉〗^(−1) ]×𝑆_0 〖[𝑚^(2)]Ω〗_0 [𝑠𝑟]×𝑁/𝑁_0 ×𝐸[𝑀𝑒𝑉]

27 END