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佐久間 史典 (理研)徳田 真 (東工大M1)
大西 宏明 (理研)岩崎 雅彦 (理研)
J-PARC E15実験E15でのTGEM-TPCTGEM について理研でのTGEMの現状まとめ・これから
W.Weise NPA553, 59 (1993).
T.Yamazaki, A.Dote, Y.AkiaishiPLB587,167(2004).
Y.Akaishi & T.Yamazaki, PLB535, 70(2002).
deeply-bound kaonic nuclear states exist?
search for K-pp bound state using 3He(K-,n) reaction
K-3He Formation
Decay
K-ppcluster
neutron
Λ p
p
π-
Mode to decay charged particles
at J-PARC
exclusive measurement byMissing mass spectroscopy
andInvariant mass reconstruction
1GeV/cK- beam
p
π−p
n
NeutronToF Wall
CylindricalDetectorSystem
Beam SweepingMagnet
K1.8BR Beam Line
Beam trajectoryCDS &target
SweepingMagnet
NeutronCounter
Beam LineSpectrometer
important to measure not only non-mesonic decay mode
but also mesonic decay mode
to improve z-resolution, Thick-GEM TPCwill be installed
designlocated between CDC and target-chamber cover the CDC acceptance of AUVAminimum materials in the acceptance1mm spatial resolution in the z-direction
field strip
field cageR/O pad
•flexible print circuit board•8mm strip•10mm pitch•double sided
これから作成・2月には完成予定 / よろしくお願いいたします 林栄さん
8
Prototype of Readout-Pad
for preamp
20mm4mm
through-hole
preamp arrangementASD-chipを用いて、時間情報のみを取り出す
Filed calculation
potentialMaxwell-2D calculation
electric field
contours of potentialGarfield calculation
drift-line of electron
gas:P10, B=0.5T
22 2
0d
xeff
C zN
σ σ ⋅= +
σx : total resolutionσ0 : resolution w/o diffusionCd : diffusion constantz : drift distanceNeff : effective number of electrons
assumption :gas = P10, 1atmE = 150V/cm
Cdl = 0.34mm, Cdt = 0.60mmσ0l = 0.5mmσ0t = 0.2mmNeff = 38.7*0.4(cm) = 15.5
Expected performance
resolution
however, φ-direction resolution is limited by pad size, e.g.,
20.0/sqrt(12) = 5.8mm
HV
Thick-GEM、TGEM、THGEMロバスト(強靱)、シンプルな製造工程、1枚あたりのゲインが高いdouble-clad G10(FR4)基盤を材料に、通常のPCB技術を用いて安く作ることが出来る
(はず)「穴」はドリルで空け、放電防止の「穴の周りの逃げ(Rim)」はケミカルエッチングで空
けるfoil-GEMに比べて、取り扱いが楽、オペレーションが楽(多少の放電で死なない)、大
面積を覆える可能性電極やインシュレーターの素材を変えることによって、さらに安定したTGEMを作るこ
とが出来る可能性
500μmetched and drilled patterns
are not centered systematically!
TGEM@RIKEN
林栄精器にて以下の6種類のTGEMを作成
TGEM# #0 #1 #2 #3 #4 #5(Carbon)
Thickness [mm] 0.4 0.4 0.4 0.2 0.2 0.4Drilled hole
diameter [mm] 0.3 0.3 0.5 0.3 0.5 0.3
Etched hole diameter [mm] 0.5 0.4 No 0.4 No No
Pitch [mm] 0.7 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7Size [mm2] 100 x 100
#5 RETGEMCarbon(graphite) electrode
500μm
#0 400μm, w/ Rim #1 400μm, w/ Rim #2 400μm, w/o Rim
#3 200μm, w/ Rim #4 200μm, w/o Rim #5 400μm, w/o RimCarbon electrode
readout pad
test chamber
11mm
2mm2mm
drift mesh
TGEM #1TGEM #2R/O pad
ASD
Edrift
Etrans
Einduct
55Fesetup
gasはP10, 1atmを使用
HV dividerは抵抗チェーンで作成測定はASD(τ=80ns)のアナログ出
力と生シグナルeffective gainは生シグナルから計
算して導出ASDシグナルを用いてスケール
effective gain of #0
目標 : 実際に掛けるVthを考慮すると、ASDのp.h~150mV以上で安定動作
Edrift=150V/cmΔVGEM:Einduct=1:2.5
ΔVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:2.5sparkが見られる
raw signal, ASD signal, ADC of #0
Double TGEM #0P10, 1atmΔVGEM = 1225VHV-type155Fe X-ray
Double TGEM #0P10, 1atmΔVGEM = 1225VHV-type155Fe X-ray
Double TGEM #0P10, 1atmΔVGEM = 1111VHV-type255Fe X-ray
gain~1.1x104
raw signal
ADC
ASD signal
res~16%(σ)
Einduct dependence of #0
foil-GEMとは異なり、gainの上がり方がものすごい
foil-GEMでは8kV/cm程度までlinear-scaleで上昇[S.Bachmann et al., NIM A438, 376 (1999).]
ΔVGEM = 1300V
Edrift=150V/cmtype1 ΔVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:2.5type2 ΔVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:5
type3 ΔVGEM:Etrans:Einduct=1:5:5
HV dividerは右の3種類を試す
Einduct/Etrans dependence of #0
予想通り、Einductを上げることにより安定にgainを稼ぐことが出来る
ASD-analogの限界
sparkが見られる
TGEM dependence of #0,1,2,3,4,5
200μm TGEM はP10,1atmでは使えない!
Edrift=150V/cmΔVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:5
sparkが見られる
GEM #2,3はraw-signal見えないため表示無し
GEM #4 (200μm, w/o Rim)はsignal見えず
raw signal, ASD signal, ADC of #5(Carbon)
Double TGEM #5P10, 1atmΔVGEM = 911VHV-type255Fe X-ray
Double TGEM #5P10, 1atmΔVGEM = 911VHV-type255Fe X-ray
Double TGEM #5P10, 1atmΔVGEM = 889VHV-type255Fe X-ray
gain~6.9x103
raw signal
ADC
ASD signal
res~12%(σ)
Einduct/Etrans dependence of #0,1,2,5
[w/ Rim]はgainでlimit、[w/o Rim]はHVでlimitされるようだ
1
10
100
1000
900 1000 1100 1200 1300
ASD
pulse hight [mV]
ΔVGEM [V]
Double GEM #0type1
type2
type3
1
10
100
1000
800 900 1000 1100 1200
ASD
pulse hight [mV]
ΔVGEM [V]
Double GEM #1type1
type2
type3
1
10
100
1000
800 850 900 950 1000 1050 1100 1150
ASD
pulse hight [mV]
ΔVGEM [V]
Double GEM#2
type1
type2
type3
1
10
100
1000
700 750 800 850 900 950 1000
ASD
pulse hight [mV]
ΔVGEM [V]
Double GEM#5
type2
type1
type3
sparkが見られる
time dependence of #0,1,2,5
Cu electrodeでは時間と共にgainが下がる 1時間程度で落ち着く
Edrift=150V/cmΔVGEM:Etrans:Einduct=1:2.5:5
その他気がついたこと
sparkの後は、gainが上がる(大きいと2倍程度)ように見える特にRim有りはその傾向が強い回復に0.5~1.5時間程度を要する
Einductを上げすぎると、(当たり前だが)parallel plate multiplication が起こるGEMのゆがみのせいでpadに近くなって以下のような状態になった
Rim有りのTGEMは、原因不明で結構大きい+chargeのsignalが見える固定をしっかりすることによりある程度減るが、完全に無くならない…
Double TGEM #2P10, 1atmΔVGEM = 902VHV-type255Fe X-ray
J-PARC E15はK中間子原子核を探索する実験である
Z-vertex-resolution向上のためのupgradeとして、TGEMを用いたTPCを開発中である
400μm TGEM、RTGEMは(使い方を間違わなければ)十分実用レベルに達していると思われる
GEMの均一性?ion-feedbackのstudyを行う
結果によってはfilterとして3枚目のTGEMを導入RETGEMもう少し頑張る
実機での使用を仮定して、90Srを用いて外部トリガーによる評価を行う
実機に向けたTGEMの仕様決定・デザインを行う
2009年夏、TGEM-TPCは完成予定
