csi 光電面と gem を用いたガスチェレンコフ検出器
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CsI 光電面と GEM を用いたガスチェレンコフ検出器. 小沢 恭一郎 ( 東大・理 ) 荒巻陽紀、浜垣秀樹、織田勧、 森野雄平、山口頼人、佐野哲 ( 東大 CNS). Contents. Gas Cherenkov Detector with CsI GEM Measurement of Quantum Efficiency Beam test at REFER at Hiroshima Univ. Summary. チェレンコフ光. CSI. GEM3 層. パッド. 検出器のアイデア. 鏡なしのチェレンコフ検出器. 全体で一つのガスベッセル - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
2006/1/27 MPGD@Saga, K. Ozawa
CsICsI 光電面と光電面とGEMGEM を用いたガスを用いたガスチェレンコフ検出チェレンコフ検出
器 器 小沢 恭一郎 小沢 恭一郎 (( 東大・理東大・理 ))
荒巻陽紀、浜垣秀樹、織田勧、荒巻陽紀、浜垣秀樹、織田勧、森野雄平、山口頼人、佐野哲 森野雄平、山口頼人、佐野哲 (( 東大東大 CNS)CNS)
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ContentsContents
• Gas Cherenkov Detector with CsI GEM• Measurement of Quantum Efficiency• Beam test at REFER at Hiroshima Univ.• Summary
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検出器のアイデア検出器のアイデア
• 全体で一つのガスベッセル– Radiator と光検出が同じガ
ス– Ar-C2H6 (γ ｔｈ ~ ２５ )
Radiatorガス
電子
光電子増幅部でのハドロンの Energy loss によりハドロンに対しても信号を出す可能性
• 鏡なしのチェレンコフ検出器
• CSI 光電面– UV sensitive (6 eV, 200nm)– １４ p.e. for 75cm radiator
光検出部ガス
チェレンコフ光
CSI
光電子
増幅
パッド
3 層の GEM を使用
1 層の増幅率は低くハドロンからの 2 次電子は、十分に増幅されない。開発要素： GEM 、 CSI カソード、ガス
ハドロン
2 次電子GEM3 層
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特徴特徴• 紫外域に感度を持つ光検出器• 読み出しに Strip や Pad を用
いることで位置情報も得られる
• PHENIX 実験では、 Window less の Cherenkov 検出器の光検出部分として用いられる。
• 具体的には、– GEM ３ - ５層を増幅部に使用
• １層あたりの増幅率は低く安定な動作
– GEM 上面に CsI を蒸着– Radiator ガスと増幅用のガスに
CF4 を用いた場合、 75 ｃｍの Radiator の長さで約 58 個の p.e.
References1. NIM A523, 345, 20042. NIM A546, 466, 2005
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CSICSI を用いた光電面を用いた光電面• 3 種類の光電子収集の方法
TransmissiveBy Weitzman • Transmissive を選択
– 比較的高い量子効率– 少ない photon feedback
一番上の GEM に CSI を蒸着して実現
CSI の量子効率５ １０ １５
[eV]
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CsICsI の蒸着の蒸着• CSI の GEM への蒸着 ( 浜松に依頼 )
– GEM にニッケルと金をメッキし、 CsI を蒸着
CsIAuNiCuKaptonCu
基本的な手順：真空度 : a few x 10-7 TorrGEM をマスクし CsI を事前に少し飛ばす
ボートや CsI 表面の不純物の除去のため（高純度の CsI を使用しているが）
GEM を少しあたためる不純物や水分の除去のため
Quartz で厚さをモニター５％程度
２０００ A の厚さで蒸着
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Measurement of Q. E.Measurement of Q. E.
• CSI 動作確認– UV ランプを使
ったチェック• 量子効率測定
重水素ランプ115 ～ 400 nm
GEM 検出器
MgF2 PMT回折格子
真空紫外分光器 50 ～ 300 nm 分解能 0.2nm右の装置で測定
CSI GEM の Handling のScheme を確立させる
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GEM detectorGEM detector
分光器
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ResultsResults
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ComparisonComparison
• We got a consistent result.• Based on this measurements, the number of
photo-electron with 84 cm long radiator is estimated as 65.
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Beam Rest @ HiroshimaBeam Rest @ Hiroshima
• REFER @ Hiroshima Univ.– Injector of Synchrotron radiation Facility– 150 MeV/c electron beam– Beam is colimated to be 100 Hz
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CsI and GEM partCsI and GEM part• Operation
– Pure CF4 (cosθc=0.035)
– CsI GEM• 150V
– Other GEM• 490V (~104)
– Water ~ 1ppm
1*1cmReadout Pad5*5 個使用
Electrons from ionization
Blind
• Blind ON, ED>0– dE/dx (2mm+1mm)
• Blind ON, ED<0– dE/dx (1mm)
• Blind OFF, ED<0– Light + dE/dx (1mm)
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In realityIn reality
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In reality (Run condition)In reality (Run condition)• Blind plate is placed at 20 cm from CsI surface.
– Even with “blind on”, 15 p.e. produce by Cherenkov light could be expected.
Blind Electron source Expected electron
ED > 0 ON dE/dx (1+2mm) + Light
16+32+15
ED < 0 ON dE/dx (1mm) + Light
16+15
ED < 0 OFF dE/dx (1mm) + Large Light
16+65
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Problem #2Problem #2• Large common mode noise
– Accelerator and power suppliers of magnets are in the same room.
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Blind ON (No photon)Blind ON (No photon)• To see electrons from energy loss
– Center one pad– 16 electrons per 1 mm is expected.
ED > 0 ED < 0
10 fc 7 fc
Produced charge is reduced. But still it’s remaining.It may be electrons produced btw CsI GEM and 2nd GEM.
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Blind Off (EBlind Off (EDD < 0) < 0)
Blue: Off, Red: ON
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Charge sum of all padsCharge sum of all pads
10 fc
We see the difference!It may caused by the LIGHT.
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Charge sum for Blind on Charge sum for Blind on • Blind On, ED < 0 (Same data as single pad)• Charge sum of all pads
7 fc
Noise effect is small.
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Summary of measurementsSummary of measurements
Two “blind on” measurements is inconsistent.ED>0 should have two times larger charge than ED<0.
If transportation efficiency through CsI GEM is very low,Efficiency should be 27 % to explain the discrepancy.It may explain small yield of Cherenkov light
Other possible reason for small number of photo-electronsLow Q.E. at small wave lengthLow transmission
Blind Electron source Expected electron
ED > 0 ON dE/dx (1+2mm) + Light 16+32+15 10 fC
ED < 0 ON dE/dx (1mm) + Light 16+15 7 fC
ED < 0 OFF dE/dx (1mm) + Large Light 16+65 10 fC
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SummarySummary
• Gas Cherenkov counter using CsI coated GEM is developed at CNS.
• Measurements of Quantum Efficiency is done and it’s consistent with previous results.
• Beam test is done at Hiroshima Univ. Results show the small signature of Cherenkov light.
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Pictures from PHENIXPictures from PHENIXsignal electron
partner positronneeded for rejection
蒸着装置とグローブボックス
In PHENIX IR
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Back upBack up
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１ MΩ
VME ADC
HVmesh HVgain ( ～－ 2000V)
ガス：ＣＦ４
Radiator: 75 cm
Mesh:wireφ= 50μmPitch=500μm
3mm 2mm 2mm 2mm
CsI
Gas Cherenkov counter
入射粒子
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GEM gainGEM gain
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メモメモGas N0 E cutoff Γth index
CF4 940 11.5 28 1.000620
CH4 185 8.5 34 1.000444
Ar 255 9 42 1.000283
C2H6 170 7.8 22 1.001038
Ar-C2H6 200? ? 25 1.000811
光量 ∝ N0 / γ ｔｈ ^2 * LWeitzman HBD 40 p.e. L = 50 cmCNS 14 p.e.
Pion: 198.9 17.3electron に当るElectron は、 1.38 倍198.9*1.38 = 274.5 (23.9)Electron(measured): 284.1 (24.7)差は、チェレンコフ分で、 1 p.e. くらい