μPIC の高ゲイン化 ー高エネルギー実験への応用ー

Presentation on theme: "μPIC の高ゲイン化 ー高エネルギー実験への応用ー"— Presentation transcript:

1 μPIC の高ゲイン化 ー高エネルギー実験への応用ー
野崎光昭（神戸大） 実働：永吉，高田（京都大）

2 GEM MicroMEGAS μPIC ３種類のMPGD GEM MicroMEGAS μPIC 〜103 〜105 〜104 多重にして
Y. Giomataris et al, Nucl. Instr. and Meth. A376 (1996) 29 μPIC ３種類のMPGD GEM MicroMEGAS μPIC 〜103 〜105 〜104 多重にして 増幅率を稼ぐ 極薄間隙 至る所高電場 単層だが電極構造が複雑

3 μPIC has been very much improved !
Cathode Anode VA = 560V Bad electrodes < 0.1% Stable gain ~104 Gain uniformity σ=4.5%

4 変更の動機：MIPが見えるようにゲインを上げたい！
単一シートで増幅可能（GEM/MicroMEGASでは複数の層，スペーサが必要） HEPで量産する場合には単純構造が有利（ワイヤー張りはもうたくさん！） シート自体は複雑だが量産効果が期待できる（複数層の組立は量産に不向き） アノード・カソードの結合が強い電場ではカソードからの電子放出が放電の元？ カソード表面電場を下げて，アノード表面電場を上げる E field of MSGC

5 答：ドリフト電場を大きくする ただし，大きくしすぎると電気力線がアノードに集まらない
→電子収集効率が低下（最適化が必要：Maxwell3D+Garfield） 必然的にドリフト空間へのイオンフィードバックが大きくなる →TPCに応用するならgating gridが必要 基板の厚さ100μmがすべてのスケールの基準（境界条件）となる 最適化の結果：ED=5kV/cm，φA=50μm，φC 200μm，pitch=300μm E field of MSGC

6 電極表面高さでの電場の強さ 従来のμPIC 新しいμPIC アノード表面の電場に比べてカソード表面の電場が小さい 100 kV/cm
anode cathode anode cathode アノード表面の電場に比べてカソード表面の電場が小さい

7 電子の収集効率 = 90％

8 電子の収集効率 = 90％

9 ガス増幅率 Gas : Ar80% + C2H620% Edrift (kV/cm) VAC (V) Ecathode (kV/cm)
Eanode Gain 新μPIC 5 500 89 150 5.0×103 650 124 201 2.4×105 800 257 1.2×107 旧μPIC 1 600 113 141 6.0×103 154 144 1.8×104

10

11 高エネルギー実験への応用 Wireless Thin Gap Chamber TPC end plate Photon detector
Large area tracking device Muon chamber Sampling calorimeter HCAL(&ECAL?) for LC detector TPC end plate need to suppress ion feedback w/ additional chamber Photon detector w/ photocathode SK-like detector Cherenkov telescope

12 高エネルギー実験への応用 TPC readout with an additional Sampling calorimeter
GEM sheet as a gating grid Sampling calorimeter a few mm

13 今後の課題 プロトタイプの製作と基本特性試験（ガス増幅率等） 長期安定性，高頻度環境での動作等々 ガスの最適化
基板表面への電子・イオンの蓄積（水分，表面抵抗） 読み出し方法（アノード／カソード） エレクトロニクス（本当に107が実現するならアンプは不要？） 基板サイズはどこまで大きくできるか？ 量産（コスト低減） 具体的な実験への応用 興味のある方は是非ご参加下さい