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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

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

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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

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Presentation Transcript

  1. 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) MPGD@Saga, K. Ozawa

  2. Contents • Gas Cherenkov Detector with CsI GEM • Measurement of Quantum Efficiency • Beam test at REFER at Hiroshima Univ. • Summary MPGD@Saga, K. Ozawa

  3. 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 • Radiatorと光検出が同じガス • Ar-C2H6 (γｔｈ~　２５) 電子 Radiator ガス ハドロン • CSI光電面 • UV sensitive (6 eV, 200nm) • １４ p.e. for 75cm radiator 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 光検出部 ガス 光電子 • 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。 増幅 2次電子 開発要素：　GEM、CSIカソード、ガス MPGD@Saga, K. Ozawa

  4. 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、 • GEM３-５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、75ｃｍのRadiatorの長さで約58個のp.e. • References • 1. NIM A523, 345, 2004 • 2. NIM A546, 466, 2005 MPGD@Saga, K. Ozawa

  5. CSIを用いた光電面 • 3種類の光電子収集の方法 Transmissive By 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 ５ １０ １５ [eV] CSIの量子効率 MPGD@Saga, K. Ozawa

  6. CsI Au Ni Cu Kapton Cu CsI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 • 基本的な手順： • 真空度: a few x 10-7 Torr • GEM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 • ２０００A　の厚さで蒸着 MPGD@Saga, K. Ozawa

  7. CSI動作確認 UVランプを使ったチェック 量子効率測定 MgF2 PMT 回折格子 GEM検出器 真空紫外分光器 50 ～ 300 nm 分解能 0.2nm 重水素ランプ 115 ～ 400 nm Measurement of Q. E. 右の装置で測定 CSI GEMのHandlingのSchemeを確立させる MPGD@Saga, K. Ozawa

  8. GEM detector 分光器 MPGD@Saga, K. Ozawa

  9. Results MPGD@Saga, K. Ozawa

  10. Comparison • We got a consistent result. • Based on this measurements, the number of photo-electron with 84 cm long radiator is estimated as 65. MPGD@Saga, K. Ozawa

  11. Beam Rest @ Hiroshima • REFER @ Hiroshima Univ. • Injector of Synchrotron radiation Facility • 150 MeV/c electron beam • Beam is colimated to be 100 Hz MPGD@Saga, K. Ozawa

  12. CsI and GEM part • Operation • Pure CF4 (cosθc=0.035) • CsI GEM • 150V • Other GEM • 490V (~104) • Water ~ 1ppm 1*1cm Readout Pad 5*5個使用 Blind • Blind ON, ED>0 • dE/dx (2mm+1mm) • Blind ON, ED<0 • dE/dx (1mm) • Blind OFF, ED<0 • Light + dE/dx (1mm) Electrons from ionization MPGD@Saga, K. Ozawa

  13. In reality MPGD@Saga, K. Ozawa

  14. 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. MPGD@Saga, K. Ozawa

  15. Problem #2 • Large common mode noise • Accelerator and power suppliers of magnets are in the same room. MPGD@Saga, K. Ozawa

  16. Blind ON (No photon) • To see electrons from energy loss • Center one pad • 16 electrons per 1 mm is expected. 10 fc 7 fc ED < 0 ED > 0 Produced charge is reduced. But still it’s remaining. It may be electrons produced btw CsI GEM and 2nd GEM. MPGD@Saga, K. Ozawa

  17. Blind Off (ED < 0) MPGD@Saga, K. Ozawa Blue: Off, Red: ON

  18. Charge sum of all pads 10 fc We see the difference! It may caused by the LIGHT. MPGD@Saga, K. Ozawa

  19. 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. MPGD@Saga, K. Ozawa

  20. Summary 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-electrons • Low Q.E. at small wave length • Low transmission MPGD@Saga, K. Ozawa

  21. Summary • 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. MPGD@Saga, K. Ozawa

  22. signal electron partner positron needed for rejection Pictures from PHENIX In PHENIX IR 蒸着装置と グローブボックス MPGD@Saga, K. Ozawa

  23. Back up MPGD@Saga, K. Ozawa

  24. Gas Cherenkov counter Mesh: wireφ= 50μm Pitch=500μm CsI ガス：ＣＦ４ Radiator: 75 cm 入射粒子 3mm 2mm 2mm 2mm VME ADC １MΩ HVmesh HVgain (～－2000V) MPGD@Saga, K. Ozawa

  25. GEM gain MPGD@Saga, K. Ozawa

  26. メモ 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 光量　∝ N0 / γｔｈ^2 * L WeitzmanHBD40 p.e. L = 50 cm CNS 14 p.e. MPGD@Saga, K. Ozawa

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