理研稀少RIリングの為の TOF検出器の開発 埼玉大学大学院理工学研究科 博士前期課程2年 久保木隆正

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1 理研稀少RIリングの為の TOF検出器の開発 埼玉大学大学院理工学研究科 博士前期課程2年 久保木隆正
collaborators 埼玉大理, 筑波大理A, 新潟大理B, 理研仁科セC, 放医研D 山口貴之, 大坪隆B, 小沢顕A, 金澤光隆D, 北川敦志D, 久保徹B, 小林圭, 斉藤和哉, 佐藤眞二D, 鈴木健, 須田利美C, 田中鐘信C, 中島真平, 橋爪祐平A, 三浦宗賢, 森口哲朗A, 安田裕介A, 山口由高C, 吉竹利織, 渡部亮太B

2 研究の背景 原子核の質量 核構造を理解する上で基本的な物理量 r-processを解明する重要なパラメータ r-process 陽子数
中性子数 陽子数 r-process ※生成の困難さ故に、 質量が決定されていない

3 研究の背景 理研RIBFにより、新たに1000核種生成可能
重イオン蓄積リング（稀少RIリング）を用いた r-process核（Z ≧ 26）の質量測定実験計画が進行中 稀少RIリング （

4 研究目的 希少RIリングでの使用を目的としたTOF（飛行時間）検出器の開発と試験、及び基礎データの収集 検出器に求められる性能
時間分解能　sT < 100ps 　- 蓄積リングでは周回周期Tから質量mを導出 　- 得たい精度　　　　Dm/m = 10-6～10-7 　- 飛行時間　 　　　　T ～ 1ms (～3000turnｓ) 可能な限り薄く 　- 物質を通過するとビームのエミッタンスが悪くなる 　厚さ10mmのプラスチックシンチレータを用いた

5 実験概要 ビーム条件 200MeV/uの 56Fe, 84Kr , 132Xe ビーム強度 1～10×103ppp ビームサイズ 10mmf
放射線医学総合研究所のシンクロトロン施設（HIMAC）にて、開発したTOF検出器の時間分解能を測定した ビーム条件 200MeV/uの　56Fe, 84Kr , 132Xe ビーム強度　　1～10×103ppp ビームサイズ　　10mmf HIMAC 26 36 54

6 セットアップと測定原理 厚さ・型番等の条件 シンチレータ 500, 100, 50mmt (EJ230), 10mmt (EJ232)
光電子増倍管(PMT) H1949, H2431 Scintillator EJ-230 EJ-232 typical (BC-400) Light output % anthracene 64 55 65 Rise time 0.5ns 0.35ns 0.9ns Decay time 1.5ns 1.4ns 2.4ns Wavelength of max emission 391nm 370nm 423nm PMT H1949 H2431 typical (R329) Gain 2×107 2.5×106 1.1×106 Pulse rise time 1.3ns 0.7ns 2.6ns Electron transit time 28ns 16ns 48ns

7 セットアップと測定原理 Counter A Counter B Counter C TOFから時間分解能を導出
Scint.: 500 m (fixed) Counter B Scint.: m (variable) Counter C Scint.: m (variable) Standard fishtail light guide Beam S = 100×50 mm2 50mm Dark box TOFから時間分解能を導出

8 （ ） 結果 各ビーム条件におけるベストの値 (組み合わせ ・・・ 500mm + H2431) 132Xe (DE=680MeV) ・・・
　84Kr　(DE=300MeV)　　・・・ 　56Fe　(DE=160MeV)　　・・・ sT = 9.5 ± 0.1 ps 54 sT = 9.3 ± 1.9 ps 36 sT = 9.4 ± 1.2 ps 26 組み合わせ ・・・ 50×40mm2× 500mm + R4998 ビーム条件 ・・・ 40Ar　(E = 95MeV/u , DE=130MeV) sT = 8.9 ps 18 参考　　world record （ ） ( S. Nishimura, et al., NIM A510(2003) 377. )

9 HV、PMT依存性（Krビーム） t = 10mmで ・ HV 増 → sT 減 ・ sT(H1949) < sT(H2431)
160 t = 10mmで 　・　HV 増　→　sT 減 　・　sT(H1949) < sT(H2431) 140 10mm 120 100 10mm (ps) 80 2.　 t ≧ 50mmで 　・　HV依存性なし 　・　sT(H1949) ≒ sT(H2431) s 60 50mm 50mm 40 100mm 100mm 20 500mm 500mm 1000 1500 2000 2500 3000 1500 2000 2500 3000 HV (-V) HV (-V)

10 全ビーム条件における結果 Feビーム ： sT ～ 104ps → r-process核の測定が可能 H2431 H1949 160 Fe
140 a ～ 0.56 a ～ 0.45 120 Kr Fe Feビーム ： sT ～ 104ps → r-process核の測定が可能 100 (ps) 80 Kr Xe s 60 40 Xe 20 1 10 100 1000 1 10 100 1000 DE (MeV) DE (MeV)

11 まとめ 開発したTOF検出器の時間分解能の測定結果 500mm + H2431 ・・・ sT = 9.5ps程度の時間分解能を得た
プラスチックシンチレータの時間分解能について システマティックなデータを得ることができた HV依存性 ・・・　t = 10mmで　　　HV 増　→　sT 減 　　　　　　　　　 t ≧ 50mmで 　HV依存性なし PMT依存性 ・・・　t = 10mmで　　　sT(H1949) < sT(H2431) 　　　　　　 　 　 t ≧ 50mmで 　sT(H1949) ≒ sT(H2431) →　　r-process核（Z ≧ 26）の質量測定が可能

12 解析 sTOF 測定に用いたdiscriminatorはリーディングエッジ型 補正式
出力のタイミングがパルスハイトに依存するため、補正が必要 TOF (ps) 1000 -1000 counts pulse height 600 500 400 300 103 102 10 1 補正前 補正後 補正式 Gaussian fit sTOF

13 解析 sTOF(AB) sTOF(AC) sTOF(BC) 104 103 102 10 1 250 - 250 TOF A-B
250 - 250 TOF A-B TOF A-C TOF B-C sTOF(AB) sTOF(AC) sTOF(BC) counts TOF TOF (ps) TOF (ps) TOF (ps)