μPIC の高ゲイン化ー高エネルギー実験への応用ー

野崎光昭（神戸大）実働：永吉，高田（京都大）

Y. Giomataris et al, Nucl. Instr. and Meth. A376 (1996) 29http://www.gdd.web.cern.ch/GDD/

GEMMicroMEGAS

μPIC

GEM MicroMEGAS μPIC

〜 103 〜 105 〜 104

多重にして増幅率を稼ぐ

極薄間隙至る所高電場

単層だが電極構造が複雑

３種類の MPGD

Bad electrodes < 0.1%

Cathode

Anode

VA = 560V

Stable gain ~104

Gain uniformity σ=4.5%

μPIC has been very much improved !

E field of MSGC

変更の動機： MIP が見えるようにゲインを上げたい！

•単一シートで増幅可能（ GEM/MicroMEGAS では複数の層，スペーサが必要）•HEP で量産する場合には単純構造が有利（ワイヤー張りはもうたくさん！）•シート自体は複雑だが量産効果が期待できる（複数層の組立は量産に不向き）

•アノード・カソードの結合が強い電場ではカソードからの電子放出が放電の元？•カソード表面電場を下げて，アノード表面電場を上げる

E field of MSGC

•ただし，大きくしすぎると電気力線がアノードに集まらない•→ 電子収集効率が低下（最適化が必要： Maxwell3D+Garfield ）•必然的にドリフト空間へのイオンフィードバックが大きくなる•→TPC に応用するなら gating grid が必要•基板の厚さ 100μm がすべてのスケールの基準（境界条件）となる•最適化の結果： ED=5kV/cm ， φA=50μm ， φC 200μm ， pitch=300μm

答：ドリフト電場を大きくする

従来の μPIC 新しい μPIC

アノード表面の電場に比べてカソード表面の電場が小さい

電極表面高さでの電場の強さ

100 kV/cm

100 kV/cm

200 kV/cm

cathode cathodeanode anode

電子の収集効率 = 90 ％

電子の収集効率 = 90 ％

ガス増幅率

Edrift

(kV/cm)VAC

(V)

Ecathode

(kV/cm)

Eanode

(kV/cm)Gain

新 μPIC 5 500 89 150 5.0×103

新 μPIC 5 650 124 201 2.4×105

新 μPIC 5 800 150 257 1.2×107

旧 μPIC 1 600 113 141 6.0×103

旧 μPIC 5 600 154 144 1.8×104

Gas : Ar80% + C2H620%

高エネルギー実験への応用

• Wireless Thin Gap Chamber– Large area tracking device

• Muon chamber– Sampling calorimeter

• HCAL(&ECAL?) for LC detector

• TPC end plate– need to suppress ion feedback w/ additional chamber

• Photon detector– w/ photocathode

• SK-like detector• Cherenkov telescope

a few mm

高エネルギー実験への応用

Sampling calorimeter TPC readout with an additionalGEM sheet as a gating grid

今後の課題

• プロトタイプの製作と基本特性試験（ガス増幅率等）• 長期安定性，高頻度環境での動作等々• ガスの最適化• 基板表面への電子・イオンの蓄積（水分，表面抵抗）• 読み出し方法（アノード／カソード）• エレクトロニクス（本当に 107 が実現するならアンプは不要？）• 基板サイズはどこまで大きくできるか？• 量産（コスト低減）• 具体的な実験への応用

• 興味のある方は是非ご参加下さい