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ICEPPシンポジウム01/03/2016 1
神戸大理，東大素セA，東大理B
ATLAS NSWに向けた MicroMEGASの開発
長坂憲子，越智敦彦，山根史弥，山内悟，長谷川大晃，本間康浩， 川本辰男A，片岡洋介A，増渕達也A，齋藤智之B，
山崎友寛B，山谷昌大B，木村光太郎B
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
ATLAS実験 2LHC(Large Hadron Collider) 世界最高エネルギーの素粒子実験 -スイス・ジュネーブ郊外
-周長 26.7km -最大重心系エネルギー 14TeV -衝突頻度 40MHz -Luminosity
1034cm-2s-1
データ量の増加 新検出器にアップグレード
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
×
×◯
New Small Wheel 3
~3.7m
~1.8m
MicroMEGAS
sTGC
レート耐性が強く、優れた位置・時間分解能を持つ検出器を導入し、 高ルミノシティにおけるトラックキング性能を維持し、
同時にエンドキャップ部の情報を用いてフェイクトリガーを減少させる計画． 2019~20年にインストール予定．
フェイクトリガーの例
＊要求性能 -ヒットレート増加への耐久性 -位置分解能 < 100µm程度 -検出効率 > 99%
-バックグラウンド増加状況下での安定動作7m
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
MicroMEGAS 4
Micro-mesh gaseous structure -Ar(97%)+CO2(3%) -104程度の増幅率
-128µmの増幅領域 -> 高いヒットレートに対応 -高抵抗(20MΩ/cm)のstrip -> 放電抑制
NSWにおける、 高抵抗strip foilの R&D、生産は 日本(東大、神戸大)が担当
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
Tracking test 5 目的：MMの小型試作機が、NSWへの要求性能である、検出効率99%以上、
位置分解能100µm程度を満たすかどうかの確認． ! 日時：2015.09.05 ~ 2015.11.16 ! ビーム：CERN
SPS EHN1施設 120GeVのパイオンビーム ! DAQ：APV25 -> SRS -> MMDAQ
HV [V]420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620
Gai
n
310
410
J12J13J14J15J17J18J19J20T5
Gain
Anode Voltage
Fe55を用いてゲインを測定し、 各chamberのnominal voltageを決定後、 tracking
testを行なった．
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
性能評価 Efficiency 6検出効率 ＝
測定するchamberにヒットがあるイベント数測定するchamber以外の全てのchamberにヒットがあるイベント数
strip HV [V]460 480 500 520 540 560 580 600 620
Effic
ienc
y
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
J12J13
J14
J15
Efficiency vs Voltage
J12J13J14J15
π+
strip HV [V]420 440 460 480 500 520 540 560
Effic
ienc
y
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
J19J20
Efficiency vs Voltage
J19J20
π+
全chamberにおいて、検出効率>99%を達成．
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
性能評価 Position Resolution 7
J12:J13Entries 15997Mean 0.3252RMS 0.1103
residual [mm]3− 2− 1− 0 1 2 3
Entri
es
0
50
100
150
200
250
300
350
400
J12:J13Entries 15997Mean 0.3252RMS 0.1103
position resolution @580V
��2
= 70.3um
J19:J20Entries 19138Mean 0.1079RMS 0.1322
residual [mm]3− 2− 1− 0 1 2 3
Entri
es0
100
200
300
400
500J19:J20
Entries 19138Mean 0.1079RMS 0.1322
position resolution @530V
��2
= 66.7um
照射した2枚のchamberのヒット位置の差から求める． 1枚のchamberの分解能はσ/√2．
J12J13 J19J20
π+ π+
両chamberにおいて、要求性能
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
γ線 Aging test 8 目的：Backgroundとなるγの照射を行ない、MMがどうなるかの耐久試験．
実際のメニューとしては、MMのAnode current情報を見て、放電を調べていく． !! 線源：137Cs 14TBq
@GIF++ (CERN) -> 130MHz/cm2 -> 100kHz/cm2
Distance from source [m] 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Gam
ma
flux
[MH
z/cm
2]
0
50
100
150
200
250
300
Gamma flux
NSW環境下 1.5kHz/cm2
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
γ current monitor 92015年11月のcurrent monitor
Time [h]
Current [uA]
全照射量は、~85mC/cm2 総ヒット数は、25.4×1010
HL-LHC 10年分の約3倍
HL-LHC NSW環境下 γの最大ヒットレート 1.5kHz/cm2 オペレーション時間 3000fb-1 / 5x1034
cm-2s-1 = 6x107 sec -> total gamma hits 9x1010
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
Chamberの表面状態 101 2
3 4
照射前 照射後 (9月)
照射後 (2月)
1 1.3 9.0 30
2 1.2 3.4 10
3 1.3 15 30
4 1.3 10 22単位 MΩ/sq
抵抗値の増加、strip2~3µmの高さ変動、表面ザラザラ -> 何か表面にできた？
1MΩ/sqが目標値
x150 x150
γを照射したchamber γを照射していないchamber
stripの観察 レーザー顕微鏡
x20 x20
10µm10µm
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
表面状態 XPS 11走査型光電子分光分析装置(XPS)を用いて、試料表面の元素組成を分析．
評価可能な検出深さは数nm．
光電子数
光電子のエネルギー [eV]
γを照射していないchamber
光電子数
光電子数
光電子のエネルギー [eV]
光電子のエネルギー [eV]
γを照射したchamber
O,Siの増加．Kaptonに用いられるフィラーが関与？
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01/03/2016 ICEPPシンポジウム
まとめ 12- 2019~20年に、MicroMEGASをATLASにインストール予定．
- 小型試作機を作成し、NSWの要求性能である、検出効率>99%、
位置分解能
