Status of PMT testStatus of PMT test

for for experiment.experiment.

문 승현 , 김 영덕 , 전 은주 , 마 경주 , 강 운구 , 김 수봉 1, 김 현수 1, 박 강순 1, 박 정식 1, 신 경하 1, 이 재승 1, 최 선호 1, 황 원석 1, 공 대정 2, 김 동희 2, 김 우영 2, 스테파냔 사무엘 2, 서 준석 2, 칸 아딜 2, 김 안드레이 2, 박 인곤 3, 박 명렬 4, 안 정근 5, 이 효상 5, 권 은향 6, 김 동현 6, 박 차원 6, 백 승록 6, 유 인태 6, 최 수용 6, 최 영일 6, 김 성현 7, 김 재율 7, 주 경광 7, 임 인택 7, 장 지승 7, 정 인석 7, 오 영도 8

DANILOV N.9, KRYLOV Yu10, NOVIKOVA G.10, YANOVICH E.10

세종대학교 .  1 서울대학교 .  2 경북대학교 .  3 경상대학교 .  4 동신대학교 .  5

부산대학교 .  6 성균관대학교 .  7 전남대학교 .  8 포항공과대학교 .  9IPCE.  10INR.

1. Geomagnetic effect - Theta dependence - Phi dependence2. Single Cable Base - Replacement of Two cables (HV +

Signal) Base to minimize the number of cables.

3. Signal Loss with 10m HV Cable

ContentsContents

1. Geomagnetic effect on 1. Geomagnetic effect on PMTPMT

1. 수직 측정 : PMT 를 수직 방향으로 90 도씩 회전시키면서 측정

2. 수평 측정 : 자북을 기준으로 수평 방향으로 30 도 간격으로 변화시키면서 시계방향으로 측정

- 각 방향에 대해 FADC Charge Area 평균을 구하고 , 각 방향이 평균값에서 얼마나 떨어져 있는지를 비교 .

측정 방법 (Single Photon Measurement)

Motivation

1. 지구자기장이 PMT Gain 에 미치는 영향을 조사

2. UCLA, Pierre-Auger report

- PMT Gain 이 지구 자기장의 수직방향뿐만 아니라 수평방향에 대한 의존도가 있음

Geomagnetic field may affect the PMT gain

( 10 -4 T = 1 Gauss )

S

-EB -E

-E-E

Earth

(North pole)

(south pole)B

ANODE

-e

PMT Photo Cathode

N

B //E

B E

Setup for Phi dependenceSetup for Phi dependence

31.734.1

Hamamatsu R7081 PMTSingle Photon MeasurementAbout 7% difference has been measured between perpendicular and parallel direction.

Result for Theta dependenceResult for Theta dependence

UCLA, Pierre-Auger reportUCLA, Pierre-Auger report

최대 약 12% 차이

-지자기 방향에 대한 charge area variation 을 확인하고자 하는 것이 목적

PMPMTT

<Side of view>

실험 셋업

Setup for Phi dependenceSetup for Phi dependence

1. HV : 1500 V 에서 LED 를 2 번 측정 ( 각 측정마다 100,000 events data)

- 첫번째 측정은 자북을 기준으로 30 도 간격으로 변화시키면서 시계방향으로 측정

- 두번째 측정은 각 30 도 간격의 방향에 대해 랜덤하게 측정

2. 12 개 방향에 대해 FADC Charge Area 평균을 구하고 , 각 방향이 평균값에서 얼마나 떨어져 있는지를 비교 .

측정 방법

First dynode

Photo Cathod

Anode

90o

0o

270o

180o

36

0o

Dark box

Result for Phi dependenceResult for Phi dependence

X 축 : 각도 (0 도 ~ 360 도 )

Y 축 : FADC Charge 평균에 대한 Difference

Overlap two plotsOverlap two plots (30 도 , 180 도 )

X 축 : FADC Charge

Y 축 : # of events

Conclusion for Phi dependenceConclusion for Phi dependence

1. HV 1500V 에서 지자기 방향에 대해 최대 약 7% 정도의 차이를 보임 .

(Pierre-Auger : 12% @ 950V, 106 gain)

Q1 mean= 59.8

Q1 mean= 62.8

Angle vs. Charge Angle vs. Charge Difference Difference

PMT- Hamamatsu R7081, 10 inch- LED 를 이용 single photon 측정

PMT Base- 검출기별 350 개의 PMT 셋업에서 케이블 수를

최소화 하기 위해 Single cable base 를 도입- 3.3 MΩ(HV+signal), 12.7 MΩ(Single cable)- Single cable base 를 이용한 PMT gain 측정 - HV + signal Base 와 결과 비교

2. PMT test with Single cable 2. PMT test with Single cable basebase

Single Cable Base Test SetupSingle Cable Base Test Setup

Single Cable Base Single Cable Base

Signal

R15 저항 (50Ω) 은 임피던스 매칭때문에 연결되어있는 것으로 생각되며 , 이 때문에 시그널이 절반 정도는 줄어들 수 있음 .

Single pe gain @ 1600VSingle pe gain @ 1600VPMT Base Gain

(1pe mean)Sigma Peak to Valley

3.3MΩHV+Signal

97.50(±0.27)

37.26 (±0.29) 0.2

3.3MΩSingle cable

62.66(±0.16)

21.71(±0.17)

0.24

12.7MΩHV+Signal

59.91(±0.24)

26.12(±0.26)

0.366

12.7M12.7MΩΩ

Single cableSingle cable24.9024.90

(±0.10)(±0.10)9.569.56

(±0.09)(±0.09)0.550.55

Result1. 3.3MΩ : 40% loss, 12.7M Ω : 58% loss2. In order to compensate for the loss of charge signal, HV is increased.3. Long term test needed.

3.Signal Loss with 10m HV 3.Signal Loss with 10m HV CableCable

• DAQ : 100MHz FADC • HV : 1650V and 1700V• HV cable : RG-303, 10m • PMT base : 12MΩ Single cable base• How to test : Taking data with and without the 10m RG-303 cable.

10m RG-303 HV cable

1650V (0.128mA)1650V (0.128mA)

w/ 10m cableMean : 28.1 (±0.2)Sigma : 10.2 (±0.3)

Ratio : 0.83

w/o 10m cableMean : 33.8 (±0.14)Sigma : 10 (±0.17)

X axis : Charge areaY axis : # of events

1700V (0.132mA)1700V (0.132mA)w/o 10m cableMean : 39.2 (±0.2)Sigma : 12.9 (±0.2)

w/ 10m cableMean : 35 (±0.2)Sigma : 12 (±0.3)

Ratio : 0.89

X axis : Charge areaY axis : # of events

1. Geomagnetic effect on PMT - Theta 와 Phi 방향에 대해 모두 약 7% 의 차이를

나타냄

2. Single Cable Base - PMT 의 케이블 수를 최소화 하기 위하여 도입 - HV + Signal Base 를 Single Cable Base 로 교체 시 ,

시그널이 약 58% 가량 줄어드는 효과가 있음 .

3. Signal Loss with 10m HV cable

SummarySummary

Applied HV w/o 10mMean

w/ 10m Mean

Ratio(Loss)

1650V 33.8 28.1 0.83(17%)

1700V 39.2 35 0.89(11%)

Single base 12.7MSingle base 12.7MΩΩ @ @ 1650V1650V

1 p.e mean : 32.99 (± 0.11) Sigma : 12.06 (± 0.11)Peak to valley : 0.23

X axis : FADC Channel

Y axis : # of events

In order to compensate for the loss of charge signal, HV is increased.

Back upBack up

3.3MΩ HV + signal cable base

1700V1700V

1700Vw/ 10m cable

1700Vw/o 10m cable

Accumulated Single Event

Accumulated Single Event

1650V1650V1650Vw/o 10m cable

1650Vw/ 10m cable

Accumulated Single Event

Accumulated Single Event

HV Cable BundleHV Cable Bundle

60mm

고무 찰흙

Black Silicon

RTV 투명

RTV 투명

RTV Black 을 구입하여 대체

~45mm

Silicon Shielding Layers

Black RTV (Shin Etsu)Black RTV (Shin Etsu)모델명 Applicatio

nViscosity Cure type

(by-product gas)

Intended use

KE3417 Super heat resistance

Medium Condensation cure(Acetone)

Sealing

KE347 General electrical purpose

Medium Condensation cure(Acetone)

Sealing, Coating

KE44 General industrial purpose

High Condensation cure(Oxime)

SealingPaste

High

Medium

Low

출처 : http://www.shinetsusilicones.com

http://www.shinetsu.net/default.asp