シミュレーションの現状 ver 0.1 岸本 祐二.

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1 シミュレーションの現状 ver 0.1 岸本 祐二

2 Ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ⅰ、 ３０ｃｍＥＴＣＣの性能向上の模索 Ⅱ、 バックグラウンドモードの導入
Ⅰ、　３０ｃｍＥＴＣＣの性能向上の模索 Ⅱ、　バックグラウンドモードの導入 Appendix : シミュレーションに使用しているデフォルトのジオメトリ

3 この結果をデフォルトとして、検出器のジオメトリを少しずつ変えて性能向上の可能性を模索していく（⇒次ページ）
Ⅰ．３０ｃｍETCCの性能向上の模索 初めに高田さんの結果を再現しているかを調べた。 ＜シミュレーション条件＞ 平行光、0度入射 TPC ： 1台 uPIC ： 32cm×32cm×2mm GEM ： 32cm×32cm×120um 有感体積：28×28×28cm3 ガス ： CF4:Ar:iC4H10=40:54:6 （質量比） GSOシンチ ： 6mm×6mm×13mm （8×8 pixelを1アレイとし、底面6×6アレイ, 各側面3×6アレイ） ジオメトリの詳細はAppendix参照 ＜イベントセレクション＞ TPCdep > 0, Scidep > 0 (0.9 < Scidep/SctEng <1.1) (0.9 < TPCdep/RclEng <1.1) (0.9 < (SctEng+RclEng)/srcEng <1.1) 緑：高田さん結果 赤：岸本結果 良く合っている TPCdep ： TPCでのエネルギーデポジット Scidep ： シンチレーターでのエネルギーデポジット RclEng ： 反跳電子のエネルギー SctEng ： 散乱ガンマ線のエネルギー SrcEng ： 入射エネルギー この結果をデフォルトとして、検出器のジオメトリを少しずつ変えて性能向上の可能性を模索していく（⇒次ページ）

4 理想的にはどの程度性能が出るのかを調べることで逆に何が悪いのかを調べて、みた。最初にシンチの隙間をなくしてシミュレーションを行ってみた。
シンチレーションカメラの隙間の影響 理想的にはどの程度性能が出るのかを調べることで逆に何が悪いのかを調べて、みた。最初にシンチの隙間をなくしてシミュレーションを行ってみた。 シミュレーション結果 骨組み ハニカム窓 ＜Ｈ８５００＞ 底面： ６×６＝３６ 側面： ３×６×４面＝７２個 緑：隙間なし 赤：デフォルト フランジ シンチレーションカメラ ＜Ｈ８５００＞ 底面： ８×９＝７２ 側面： ６×８×４面＝１９２個 隙間で５割位損している

5 更に底面フランジをなくしてシミュレーションを行った。
底面フランジの影響 更に底面フランジをなくしてシミュレーションを行った。 シミュレーション結果 骨組み ハニカム窓 青：底面フランジなし 緑：隙間なし 赤：デフォルト ＜Ｈ８５００＞ 底面： ８×９＝７２ 側面： ６×８×４面＝１９２個 フランジ シンチレーションカメラ ※フランジの厚み： 16.7mm ＜Ｈ８５００＞ 底面： ８×９＝７２ 側面： ６×８×４面＝１９２個 底面フランジで２割位損している

6 更にベッセル全体をなくしてシミュレーションを行った
ベッセルの影響 更にベッセル全体をなくしてシミュレーションを行った シミュレーション結果 骨組み ハニカム窓 青：全ベッセルなし ピンク：底面フランジなし 緑：隙間なし 赤：デフォルト ＜Ｈ８５００＞ 底面： ８×９＝７２ 側面： ６×８×４面＝１９２個 フランジ シンチレーションカメラ ＜Ｈ８５００＞ 底面： ８×９＝７２ 側面： ６×８×４面＝１９２個 ベッセル全体で４割位損している

7 ベッセルやフランジの材質をもっと軽いものにできないか
各部での損失 ROHACELLをベッセルやフランジ用に使えないか？ 各部での損失 ROHACELL Rohm社（ドイツ）が開発した硬質プラスチックの発泡体。機械的強度・耐熱性・熱加工性に優れているため、航空機や新幹線の構造体などに使われる。山形大の気球実験でも入射窓に使用していた素材。 全ベッセル : 40% データシートを請求中 底面フランジ : 20% 隙間 : 50% ＲＯＨＡＣＥＬＬの使用例 コレ 隙間とベッセルでの損失が意外とある 隙間をもっと減らせないか ベッセルやフランジの材質をもっと軽いものにできないか 入射窓 山大の気球実験用ゴンドラ

8 Ⅱ．バックグラウンドモードの導入 入射モードとして気球高度でのガンマ線バックグラウンドをシミュレートするモードを
製作した。検出器を囲む球体から様々な方向に向かって打ち込むモード。 parallel light mode Point source mode 従来からあったモード Background mode 追加したモード

9 入射ガンマ線ののプロファイル（位置、方向）
入射位置（θ，φ） 入射方向（θ’，φ’） 次ページ参照 入射位置 入射方向 θ’，φ’の分布 天頂角依存性(Ｌing 1975)も入れた

10 入射方向の詳細 各入射点におけるガンマ線の入射方向を（θ’，φ’）、天頂角をψ’とすると 余弦則 立体角 天頂角依存性
検出器 立体角 天頂角依存性 ψ’ Ｇ（ψ’）　= Ｇcos（ψ’）＋Ｇatm（ψ’） 入射方向 入射点 θ’ ‐ * * ψ’ （ψ’ < π/2） 法線 ψ’とθ’の違い Ｇcos（ψ’）　= 0 （ψ ≧ π/2） * 10-7 * ψ’ （ψ’ < π/2） Ｇatm（ψ’）　= * 10-7 * （ψ‐ ）’ ‐ （ψ’ ≧ π/2） Ling (1975)のグラフからフィットして作成

11 入射ガンマ線のプロファイル（エネルギー）
Fcos(E) = 41.0 * E-2.0 Fatm(E) = 0.65 * 5.8 * E-1.7 高田さんD論より ※Ｒｉｎｇの結果との整合性はまだ取っていない 入射粒子のエネルギースペクトル（cosmic, atmospheric） 入射粒子のエネルギースペクトル（total） このモードを使ってバックグラウンドの見積もりを行っていきたい

12 Appendix : シミュレーションで使用しているデフォルトのジオメトリ
ＴＰＣ部 高田さんジオメトリ シンチレーションカメラ部 ＴＰＣ部とシンチレーションカメラ部に分けてそれぞれ詳しく見ていく

13 Ａ、ＴＰＣ部

14 ベッセル ＜骨組み＞ 材質 ： アルミ ＜フランジ＞ 材質：アルミ 骨組み ＜ハニカム窓＞ 380
材質：密度が２０分の１のアル ミとして定義している 厚さ：１０ｍｍ（＋アルミ２ｍｍ） 骨組み 380 380 ハニカム窓 フランジ 340 36.7 500 500 骨組み 単位はmm ハニカム窓 内訳 ベッセル上部のツバ 20.0 16.7 フランジ 断面図 フランジ

15 ベッセル内部 ③μｐｉｃ ①ガス領域 ②Ｄｒｉｆｔ Ｃａｇｅ ④ＧＥＭ 成分： CF4 40% Ar 54% iC4H10 6% ガス領域
それぞれの部分について詳細に見ていく μｐｉｃ 断面図

16 ガス領域 360 360 320 15 断面図 450 450 成分： CF4 40% ＋ Ar 54% ＋ iC4H10 6%
単位はmm 成分： CF4 40% ＋ Ar 54% ＋ iC4H10 6% 気圧： １気圧

17 Ｄｒｉｆｔ Ｃａｇｅ 330 ＜Ｄｒｉｆｔ Ｃａｇｅ＞ 材質：GFRP（ガラス繊維強化 プラスチック） 295 330
厚さ2mmの薄いGFRPを４枚使って箱を作っている ＜Ｄｒｉｆｔ Ｐｌａｎｅ＞ 材質：アルミ 厚さ：1mm 295 330 320 Ｄｒｉｆｔ Ｐｌａｎｅ 320 単位はmm

18 μｐｉｃ 基盤 ＧＮＤパターン μｐｉｃ電極 μｐｉｃ ＜基盤＞ 材質：GFRP 400mm×400mm×2mm ＜GNDパターン＞
材質：銅 350mm×350mm×100μm ＜μｐｉｃ＞ 材質：ポリイミド 320mm×320mm×1mm ＜μｐｉｃ電極＞ 300mm×300mm×10μm 基盤 ＧＮＤパターン μｐｉｃ電極 μｐｉｃ

19 ＧＥＭ ＜ＧＥＭ＞ 材質：ポリイミド 330mm×330mm×100μm ＜ＧＥＭ電極（表）＞ 材質：銅 ＧＥＭ電極（表）
＜ＧＥＭ電極（裏）＞ ＧＥＭ電極（表） ＧＥＭ ＧＥＭ電極（裏）

20 Ｂ、シンチレーションカメラ部 ＧＳＯシンチレーターアレイ Ｈ８５００ ヘッドアンプ 側面： ３ユニット×４面 底面： ６ユニット
＜１ユニット＞ （ＧＳＯシンチアレイ＋Ｈ８５００）×６　　　　 ＋ヘッドアンプ×１ 各部詳細に見ていく

21 ＧＳＯシンチレーターアレイ 48 6mm×6mm×13mmのＧＳＯシンチレーターが8×8 = 64本配置されたもの 48 13 単位はmm

22 Ｈ８５００ ＜外装＞ 外装 材質： SiO2 サイズ： 52mm×52mm×14.4mm ＜空洞＞ ダイノード 52 材質： 真空
＜ダイノード＞ 材質： Al サイズ： 50mm×50mm×0.47mm 段数： 12段（0.5mmピッチ） 外装 ダイノード 52 14.4 52 空洞 単位はmm ダイノード 外装 断面図 空洞

23 ヘッドアンプ H8500用コネクター 基板A 基板B 基板C 基板D HVモジュール（EMCO） スペーサー ケース スペーサー シールド
シールド×１枚 基板D×１枚 HVモジュール×３個 スペーサー シールド 基板 断面図 ケース HVモジュール

24 ケース 面A ＜ケース＞ 材質： Al 厚さ： 1mm （但し面Aとその対面は厚さ0.5mm） 55 108 162 断面図 ケース

25 基板A GND面 H8500用コネクタ 基板 ＜基板＞ 材質： GFRP 50 サイズ： 50mm×50mm×1.6mm 個数： 6
材質： 銅 サイズ： 44mm×44mm×0.1mm ＜H8500用コネクタ＞ 材質： エポキシ サイズ： 4mm×36mm×7mm 50 50 単位はmm H8500用コネクタ 基板 断面図 GND面

26 基板B 基板 GND面 btwm（？） ＜基板＞ 材質： GFRP サイズ： 50mm×50mm×1.6mm 個数： 6 50 ＜GND面＞
材質： 銅 サイズ： 44mm×44mm×0.1mm ＜btwm＞ 材質： エポキシ サイズ： 12mm×6mm×4mm 50 50 単位はmm 基板 btwm GND面 断面図

27 基板C 基板 GND面 ＜基板＞ 材質： GFRP サイズ： 158mm×104mm×1.6mm ＜GND面＞ 材質： 銅
断面図

28 基板D 基板 HVモジュール ＜基板＞ 材質： GFRP サイズ： 150mm×50mm×1.6mm ＜HVモジュール＞ 材質： エポキシ
個数： 3 50 150 単位はmm 基板 HVモジュール GND面 断面図 断面図

29 シールド シールド ＜シールド＞ 材質： Al サイズ： 150mm×50mm×0.4mm 50 150 単位はmm シールド 断面図

30 スペーサー スペーサー ＜スペーサー＞ 材質： SUS サイズ： ①半径3mmの円×8mm（solid_spacer）
②半径3mmの円×4mm（solid_s_spacer） ③半径3mmの円×5mm（solid_m_spacer） スペーサー①×6 基板 スペーサー②×5 シールド スペーサー①×3 スペーサー③×3 ケース 層毎にスペーサーの種類が決まっている HVモジュール スペーサーの配置と種類