HPD　HV　ON/OFF時発光調査

2013.06.17  廣田誠子

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概要

•  これまでに、幾つかのHPDで、HVモジュールのEnable  ON/OFFの際に、何かしらの発光が見られている。  – Enable  ON/OFFとはHVモジュールからHPDへの出力のON/OFFのこと

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HPD個体差•  これまでに何かしらのON/OFF時発光調査がなされたのは以下のHPD  

•  発光の有無には個体差があり、またそれは常時ONの時の正極レートとは関連が無い  Serial 測定場所 測定方法 発光の有無 正極レート0083 Lab-‐B  (神岡)   20吋PMTでモニター 有り(40p.e.以上) 80mHz

0094 Lab-‐E(神岡) 1吋PMT2本のコインシデンスでモニター

有り(1p.e.以上) 14000mHz

0073 Lab-‐B(神岡) 20吋PMTでモニター

確認できず(12p.e.以上)

41.5mHz

0074 Lab-‐B(神岡) 20吋PMTでモニター 確認できず(12p.e.以上)

25mHz

0095 浜ホト IIでモニター 確認できず 951mHz

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0083による発光レート調査•  20吋PMTをHPDに向かい合わせにおいて、発光をPMTのダークレート変動により検出。  

20”8”5cm

Divider

Oscillo

Discri  (Thr.  80mV) Counter

1p.e.  ~4mV

~40p.e. ダーくレート測定

Date12:1406/06

12:1606/06

12:1806/06

12:2006/06

12:2206/06

12:2406/06

Dark R

ate[kH

z]

0

2

4

6

8

10

Graph

Enable  ON

1分

Date12:1606/07

12:1706/07

12:1806/07

12:1906/07

12:2006/07

12:2106/07

12:2206/07

12:2306/07

12:2406/07

Dark R

ate[kH

z]0

2

4

6

8

10

Graph

1分

Enable  OFF

11kHz(10sec)  7kHz(10sec)  

4

0073,  0074による発光レート調査

•  基本セットアップは0083と同じ。  •  Thresholdを12p.e.レベルである24mVとした.  •  PMTでのダークレート変動は見られなかった。  – PMTシングルレートは~65Hz  – ただし、10秒間測定のため、7~8Hz以上は変動がないと検知できない。  •  0083測定時よりレートにして1/1000、thresholdにして1/4.    •  22k  p.e.  /sが検出限界(p.9  に0083の見積もり有り)  

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0094による発光量と発光レート調査

•  Lab-‐Eにて1吋PMT2本のコインシデンスでレートと発光量をモニターした。  

•  発光レート  –  ONもしくはOFFよりコインシデンスレートを10秒ずつ測定。  

–  測定は4分ほどおいて2セット行った。  

•  発光量  –  ONもしくはOFF後1分程度の間のPMT波形をランダムにオシロで取得  

–  トリガーはPMT　のコインシデンス  

8”

coin

counter

HPD

1”  PMT

Oscillo

amp

discri

inverter

6

0094による発光レート調査•  発光レートは10秒間での積算で測定。  –  100Hz(1回目),30Hz(2回目)。  

Time [s]-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Rat

e [H

z]

-110

1

10

210

310PMT coin (1st)HPD positive (1st)PMT coin (2nd)HPD positive (2nd)

•  1回目に比べ2回目のON時にはHPD正極パルスレート、発光レート共に、下がり気味に見える。  

 

–  河合さんいよる測定結果と関係あり？  •  10秒サイクルでON/OFFした際には1回目を除い て変なシグナルは見えなかった@ehd0095 OFF中のランダムコインシデンス  

HPD  ON 7

0094による発光量調査•  トリガー：PMT  コインシデンス(1p.e.以上)  •  PMT2本を10us程度の間、合算した電荷量。  •  はじめの1分間のデータ（DAQレートより、２０イベント程度)  

htempEntries 17Mean 5.138RMS 6.42

Light Yield [p.e.]0 5 10 15 20 25

Cou

nts

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3htemp

Entries 17Mean 5.138RMS 6.42

-area_pmt/50/4e-12 {area_pmt!=0}

数が少ないので何とも言えないが  

平均5p.e.程度

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0083,  0094でのON時（一回目)での  ON直後1秒間の全発光量の見積もり

•  PMTのアクセプタンス  z:  –  1吋:  ~0.001　(p.11)  –  20吋:  ~0.1    (p.11)  

•  PMTの検出効率をe=0.2と仮定。  •  HPDの一回の発光量をx  [p.e.],  発光レートをy[Hz]とする。  •  1回の発光でPMTで検出される光子数:  e*x*z    /回  •  n  p.e.がPMT  で1回検出されるのに必要な発光回数:  n/ezx  •  n  p.e.がPMTで検出されるレート:  exyz/n  •  ON時光量見積もり/1sec  

–  0083:    0.2*x*y*0.1=11kHz  à  xy~2.2Mp.e.  /s  •  実際は40p.e.のthresholdなので、その40倍以上の光量はある  •  >88Mp.e./s  

–  0094  •  1p.e.でのコインシデンスの確率は簡単のため2つ分のアクセプタンスで2個以上検出されたときの1/2とした  (p.12)。  

•   0.2*x*y*0.002/2/2  =  100Hz  à  xy~1M  p.e./s  •  光量の平均は5p.e.と思えば、  5倍以上はある。  

•  >5Mp.e./s    

 

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まとめ

•  HVモジュールからHPDへの出力ON/OFF時にHPD正極パルスの増加と発光が見られる個体がある。  

•  現在発光が確認されているものは  –  0083,  0094  (0094は入れない予定)  

•  現在、簡単な調査では発光が未確認なのは  –  0095(浜ホトで調査),  0073,0074  

•  まだ未調査のもの  –  0078,0080,0084,0091,0092,0095  

•  0083において、20吋PMTを用いた発光レートの調査、0094において1吋PMTを用いたレートと発光量の調査を行った。  

•  0083,  0094においては、発光レートと発光量からアクセプタンスを考慮するとON直後1秒のうちには数M  p.e.以上の光子が出ていると推測される。

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アクセプタンス

     50cm

15cm  5cm  19cm  

10cm   5cm   15cm  

2.5cm  

25*25*π  4*39*39*π ~0.1

1.25*1.25*π  4*20*20*π ~0.001

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コインシデンス2つ分の領域に2個以上のケース（4ケース）  そのうちコインシデンスしている分は半分  

コインシデンス

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