KOPIO（BNL-E926）のための α線源を用いたNitrogen Scintillation の研究

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1 KOPIO（BNL-E926）のための α線源を用いたNitrogen Scintillation の研究
卒業研究発表会＠京都教育大学理学科 2003年2月6日 京都教育大学教育学部初等教育教員養成課程 理系教育学科　高エネルギー物理学研究室 村山 芳幸 Contents KOPIO 半導体検出器を用いたNitrogen Scintillation ジオメトリアクセプタンス N2のエネルギー損失およびQuenching効果 Beam catcher への影響 2003 年度 理学科卒業研究発表会

2 KOPIO Measurement 目的 の崩壊モード の崩壊モード 崩壊領域を完全にVeto する必要性 の検出 and nothing!
Cabibbo-小林・益川行列のパラメタ測定 の崩壊モード の検出 and nothing! 　　　　　　　の崩壊モード の検出 Back Ground Branching Ratio: 崩壊領域を完全にVeto する必要性 Beam Catcher の製作 Type Beam Cathcer prediction Wolfenstein style Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix 2003 年度 理学科卒業研究発表会 Unitarity Triangle

3 KOPIO Measurement ユニタリ三角形 小林・益川行列のパラメタ 三角形が破られる KOPIOではこの三角形の
の和が三角形を作る 三角形が破られる CP Violation KOPIOではこの三角形の 高さを求める Unitarity Triangle Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix 2003 年度 理学科卒業研究発表会

4 KOPIO Measurement 目的 の崩壊モード の崩壊モード 崩壊領域を完全にVeto する必要性 の検出 and nothing!
Cabibbo-小林・益川行列のパラメタ測定 の崩壊モード の検出 and nothing! 　　　　　　　の崩壊モード の検出 Back Ground Branching Ratio: 崩壊領域を完全にVeto する必要性 Beam Catcher の製作 Type Beam Cathcer prediction Wolfenstein style Cabibbo-KOBAYASHI-MASKAWA Matrix 2003 年度 理学科卒業研究発表会 Unitarity Triangle

5 Beam Catcher –prototype-
に対して強いEfficiency 中性子に対しては不感 1GeV/c 陽子での光量 0.027p.e.程度予期しない光量 Nitrogen Scintillation の可能性 窒素の光量測定 予期しない光量への影響 Charged veto Beam Catcher Down stream veto Pre-radiator Calorimeter Vacuum vessel Barrel photon veto Sweeping magnet electron Neutron 2003 年度 理学科卒業研究発表会

6 Machinery and Materials
Design PIN Photo Diode でTag 線源とPIN Photo Diode との距離は可変 線源を寸切りで制御 2つの光電子増倍管を 左右で見る 目的 線の光量測定 PMT1 PMT2 αSource PIN Photo 5cm Logics 2003 年度 理学科卒業研究発表会

7 Machinery and Materials
kopio N2ベンチ 圧力ポンプ 解析装置 2003 年度 理学科卒業研究発表会

8 Simulation on Bethe-Bloch formula
線源 のエネルギー損失をEstimation Bethe-Bloch の式に適用 2003 年度 理学科卒業研究発表会

9 Estimation on max (Energy deposit)
最もScintillation を期待できるDistance をEstimation 飛跡 4cm ですべての Energy を失う Scintillation を期待できる = エネルギー損失が大きい が小さいほど は大きい 線が止まる直前に強く光る [eV] α-particle in N2 α出だし 2003 年度 理学科卒業研究発表会

10 Experiment -Semiconductor Detector-
半導体検出器をTag にしてScintillation 光を検出 ハード的に200ADC Count 以下はカット カット領域 PIN Photo Peak のMean から2σ PMT2 のADC Count >100 青色のカットは これに加え PMT1 のADC Count >100 PMT1 のピークはほぼNitrogen Scintillation Distance from Source 7.2mm, 12.2mm, 16.4mm, 21.6mm, 24.3mm, 31.5mm, 34.5mm 2003 年度 理学科卒業研究発表会

11 Experiment -Semiconductor Detector-
5 40 Distance [mm] Energy [MeV] エネルギー損失 真空を5.4MeVと規格化 toy MC でfitting 4cm 程度進む Bethe-Blochにほぼ一致 Photoelectron 距離が大きくなるにつれて増加 距離が大きいほど発光スペース が大きい 止まる直前で大きく発光 Bethe-Bloch の理論に一致 N2 Photoelectron Distance [mm] 40 1 2 N2 2003 年度 理学科卒業研究発表会

12 Geometry Acceptance Geometry Acceptance
αSource PIN Photo PMT2 Geometry Acceptance α線がPIN Photo と衝突するまで0.1mm 刻みで立体角を求め, それの平均を出す. ソフトウェアでシミュレーション 100,000plot / 0.1mm 光電子増倍管に入ったPhoton 数がわかれば, Geometry Acceptance から全Photon数をEstimate できる 光電子増倍管の量子効率 q=0.2 Photon=photoelectron/(q A) Acceptance 2003 年度 理学科卒業研究発表会

13 Evaluate on Photon N2 Air Photon / MeV 全Photon 数 940の理想に対し836
100 200 photon 40 Distance[mm] Evaluate on Photon N2 Photon / MeV これらの平均からPhoton 数を求める Mean = [photon] 全Photon 数 　　　　 … 5.4MeV 154.4 ×5.4 = 836 [photon] 940の理想に対し836 15% 以内 空気での全Photon 数 28.2 × 5.4 = 152 [photon] Air 20 30 photon 2003 年度 理学科卒業研究発表会

14 Quenching effect O2 はN2 scintillation のエネルギーを吸収し, 発光を妨げる
I0 Quench される前のPhoton 数 I Quench 後の光量 c O2比 K = 20(定数) 理論値 K=20 を, 実験データから求める K = 22.4±2.4 理想値よりもやや大きいが, ほぼ一致 2003 年度 理学科卒業研究発表会

15 Results and Summary Nitrogen Scintillation を確認及び光量測定
N2 …. 836 [photon] Air …. 152 [photon] Quenching 定数 K =22.4 ±2.4 を実験的に求めた Aerogel Cherenkov beam catcher への影響 予期しない光量 [photoelectron /1Gev/c proton] Nitrogen Scintillation による影響 0.02 [photoelectron] Factor で近似に成功 予期しない光量にNitrogen Scintillation の影響は 無視できないと主張できる →光らない気体探し及びgas 較正 2003 年度 理学科卒業研究発表会

16 Discussion 2003 年度 理学科卒業研究発表会

17 Discussion 2003 年度 理学科卒業研究発表会

18 Discussion 5inch PMT beam Pb 2t aerogel 35cm 2003 年度 理学科卒業研究発表会