mice 実験用 scifi 飛跡検出器の性能評価（２）
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MICE 実験用 SciFi 飛跡検出器の性能評価（２）. 久野研究室 修士２年 堀越 篤. 目次. SciFi 飛跡検出器の構造 飛跡検出器性能テストの報告 TOF ホドスコープ 時間分解能、 e/μ/π 粒子識別 飛跡検出器 ゲイン、光量分布、ノイズレート、 efficiency 、位置分解能 まとめ. 4. 3. 2. 1. ４. ３. ２. １. v. w. w. v. w. v. x. x. x. x. avnet. AFEⅡ. VLSB. 1553. VLPC. クライオスタット. VME. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
MICE 実験用 SciFi 飛跡検出器の性能評価（２）
久野研究室 修士２年堀越 篤
目次
• SciFi 飛跡検出器の構造• 飛跡検出器性能テストの報告
– TOF ホドスコープ• 時間分解能、 e/μ/π 粒子識別
– 飛跡検出器• ゲイン、光量分布、ノイズレート、• efficiency 、位置分解能
• まとめ
クライオスタット
プロトタイプ SciFi 飛跡検出器の構造
2 134
VLPC
AFEⅡVLSB
1553
VME
avnet
pc
st 1 , st 4 : 3 view
st 2 , st 3 : 2 view
計 10 view
v
x
w
xv
x
w v
x
w
１２３４
トリガーシグナル
Charge をデジタル化6K
SciFi 飛跡検出器評価テストの目的(KEK-PS π2 , ２００５年９月 )
• ノイズレート測定• 位置分解能測定• 3HF ファイバーの発光量• 磁場中での動作• エミッタンス再構築
超伝導ソレノイド中心磁場 : 1T
飛跡検出器性能テストのセットアップ
• TOF : e/μ/π 粒子識別、運動量測定• ACC : e/μ/π 粒子識別• D1,D2 : define カウンター
TOFホドスコープ• 目的： π/μ粒子識別、運動量測定• TOF の形状
– シンチレータ (40cm,2cmt) ： EJ420 , Fine mesh PMT:19DY– ライトガイド (53cm) ：磁場中での時間分解能低下を避けるため
cm
コイル
PMT,1200Gauss
TOF ホドスコープのセットアップ
• PMT• Light guide• Scintillater
5+5 hodoscope
TOF 1 →5
TOF
１０←６
PMT A
PMT B
PM
T A
PM
T B
TOF の時間分解能及び粒子識別
• 時間分解能 (-3GeV/c)– σ（ T1 ） =45ps– σ(TOF)=40ps
• 粒子識別 (-0.4GeV/c)– e/π/μ 粒子識別
ps-200 TOF-T1 200 0 TOF-T1 2000 ps
e
μ π
σ=60ps
• 緑– マグネット on– angle 6°
• オレンジ– マグネット on– angle 3°
TOF による運動量測定
run #
TO
Fに
よる
運動
量（
Me
V/c
）380
同じ条件下では安定したビーム
ミューオンビームの割合
• TOF による粒子識別により求めた。momentum slit diffuser B field angle total event e event π event μ event
-0.250 ±16mm Off 1.0T 6Åã 159249 135936 9936 12736
-0.325 ±16mm Off 1.0T 6Åã 100000 70860 13870 14415
-0.400 ±16mm Off 1.0T 6Åã 100000 55425 25102 17889
-0.250 ±16mm Off 1.0T 3Åã 169532 144341 10660 13920
-0.325 ±16mm Off 1.0T 3Åã 107031 76281 15103 14861
-0.400 ±16mm Off 1.0T 3Åã 160000 88526 39639 29339
-0.325 ±16mm Pb 1.0T 3Åã 100000 71332 14360 13702
•total events 926k•μ events 116k (13%)
SciFi 飛跡検出器の解析
• ゲイン測定• 光量分布• ノイズレート• Hit efficiency• 位置分解能
st 1 , st 4 : 3 view
st 2 , st 3 : 2 view
計 10 view
v
x
w
xv
x
w v
x
w
１２３４
SciFi 飛跡検出器のゲイン
• LED を用いたゲイン測定– Pedestal と１ photon ピークから算出
• High gain AFEⅡ– 6 〜 8count/Npe
• Low gain AFEⅡ– 10 〜 12count/Npe
01
2
3
45
ADC mean
光量分布
• VLPC の ADC ゲートに入ったイベントを選んだ• Threathold は 2.5p.e.
PROTON
14.5 p.e.
X-view
BLUE: PION
RED:PROTON
: 35300<L1A<36000
: 35300<L1A<36500
L1A（ TDC）
Npe
各 view 毎の光量分布• +1.0GeV/c , proton• st1~st3 : 15p.e. , st4 : 9p.e.(st1~3 の 60 ％ )• st4 は waveguide が１ m長い
– 減衰長： 7.7m=>waveguide による減衰 88％
• 減衰長では説明できない他の要因？
Npe 3HF濃度 Npe 3HF濃度St 1 V view
15.9 2500ppm St 3 X view
? mix
St 1 X view
14.5 5000ppm St 3 Wview 14.0? 5000
St 1 Wview 16.9 3500ppm St 4 V view
9.0 2500
St 2 V view
15.2 5000ppm St 4 X view
9.3 2500
St 2 X view
18.1 5000ppm St 4 Wview 9.2 5000
ノイズレート• ノイズレート＝ hit fiber 数 /(event 数 xfiber 数 )• Therathold による変化 ex) st1 V view
• Threathold 2.5p.e./fib /fib
st 1 V view 2.0x10-3 st 3 X view 1.3x10-3st 1 X view 1.0x10-3 st 3 W view 1.7x10-3st 1 W view 1.1x10-3 st 4 V view 1.9x10-3st 2 V view 1.4x10-3 st 4 X view 1.5x10-5st 2 X view 1.7x10-3 st 4 W view 1.3x10-3
0.5 p.e. 1.5 p.e. 2.5 p.e.
1.4x10^-1 1.1x10^-2 2.0x10^-3
Hit efficiency
• -3GeV/c , π 8996evt• |x(st1)-st2 〜 st4 line fit から計算される st１での
座標 | < 2mm , etc
% %Station 1X axis
8507/8996=95
Station 3X axis
98
Station 1Y axis
97 Station 3Y axis
99
Station 2X axis
99 Station 4X axis
98
Station 2Y axis
99 Station 4Y axis
99
位置分解能
• Line fit の残差分布 RMS RMS
st 1X axis
0.3mm st1Y axis
0.2mm
st2X axis
0.5mm st2Y axis
0.4mm
st3X axis
0.5mm st3Y axis
0.4mm
st4X axis
0.4mm st4Y axis
0.3mm
RMS=0.4mm
全 view の重ね合わせ-2.0 2.0 mm
0.4(fiber 間隔 ) x 7(fiber7 本 )/2=1.47mm
位置分解能 =1.47/ =0.4mm
期待される位置分解能と一致€
12
まとめ
• プロトタイプ SciFi 飛跡検出器の性能テストを KEK-PSπ ２ビームラインで行った。
• TOF ホドスコープの時間分解能は 40ps であった。
• SciFi 飛跡検出器の基本性能を解析した。– ノイズレートは threthold 2.5 p.e. のとき 1x10^-3 〜 2x10^-3/fib– Hit efficiency は９９％となった。– 位置分解能は 0.4mm であった。
直線トラッキング• -3GeV/c , B=0
1234
1234
43
2
1