BL45XU実験報告

京都大学服部香里

Contents

• Thresholdによる変化• Count rateの線形性• Accidental Coincidence• 溶液 -溶媒• Dynamic Range• 検出器の一様性• 8keVでの試験• イメージの焼きつき• 30cm μ-PIC• 今後の予定

Thresholdによる一様性の変化

実験中ずっと　 Anode : Vth = -50 mVCathode の Vth を変えたときVth = 100 mV で 64strip おきに現れる筋が消えた　　→ノイズ起源であることが実証されたVth = 200 mV あたりから、 hit 数のむらが現れ始める

13.8 keV 試料：水

Thresholdによるプロファイルの変化

Vth = 50 mV 250 mV 350 mV 450 mV

13.8 keV 試料：水

Vth = 50 mV と 250 mVとでは、プロファイルの変化はほとんどなし

今の gain 、ノイズレベルでは、 Vth = 125 mV程度が格子縞も消えて最適

一般に、 Treshold が高いと、gain の高い領域の Hit 数が増え、低い領域の hit 数が減る傾向にある

ビーム中心からの距離

coun

t

Thresholdによる count rateの変化

Vth [mV]

Cou

nt r

ate

[kH

z] 通常の条件

Gain 1/2

検出器の前方に銅板を置いたとき(8 keV 照射を試みたが、13.8 keV が減衰しただけと考えられる )

Treshold は600mV まで

今回の実験でのthreshold(cathode)

Thresholdが低いとき(100 mV以下 )引っかかっているイベントがゴミなのかどうかを調べる必要有(電子の飛跡をとる等 )

threshold は 50 mV で～ 100 eV 相当Xe ガスだと 1strip で数 keV 落とすので、threshold は十分低いはず

thresholdの最適化が今後の課題

Count Rateの線形性 (1)

20Hz から 5MHz まで (5 桁以上 )線形性を確認5MHz での安定動作← ガスパターン検出器では　 世界最高性能Saturation は見られなかった低い count rate 領域でも精度よく測定

べき： 1.038Error ： 0.7%

試料：グラッシーカーボンX 線： 13.8 keV

μ-PICに HVを供給するモジュールが 10μA以上電流を流せないので、 5MHzで測定中止

Count Rateの線形性 (2)

べき： 1.003Error ： 1.2%

Ion Chamber, μ-PICともに線形性を示せた

Accidental coincidence(1)13.8 keV 試料：金コロイド

118 kHz1.7 MHz

積分範囲

よりフラットになっている (ゴーストのせい )

count rate が上がると右上図のようなゴーストが見えるビーム中心付近を通る strip はHit することが多い→accidental coincidence

Accidental coincidence(2)• count rate が大きくなると、 accidental coincidence が増

えた• threshold を高くすると、 accidental coincidence は減っ

た (count rate が減ったため )

• しかし、ゴーストが消えるには至らなかった• gain を上げると、 accidental coincidence も増えた (count r

ate が増えたため )

• Accidental coincidence を防ぐには？• Encoder の「ヒット幅 <8 」の制限が外れていたかもしれない？ (FPGA に書

き込んだファイルはバイナリとして吸い出すことは可能だが、見ることはできないので、確認することは不可能 ) → 次回実験では制限をつけてやる

• Accidental coincidence の原因は、片方の strip しか threshold を越えないイベントが、二つ同時に来たことによる？

• Anode, cathode ともに threshold を越えるようにしてやる• そのためには、 1strip 当たりのエネルギー損失の大きい 8 keV X 線を使う (1

3.8 keV の場合、走り始めの電子の 1strip 当たりのエネルギー損失が小さく、threshold を越えないイベントもある？ )

溶液 -溶媒試料：金コロイド　 13.8 keV

広角側拡大

溶液 -溶媒の引き算は合っている

Count rateが上がると、広角側で溶媒と溶液が一致するはずのものがずれてくる

溶媒 >溶液Accidental coincidenceによるゴーストのせい？

Dynamic Range

10-1

100

101

102

103

104

105

106

10-1 100

PS Latex (d=120 nm)

Inte

nist

y [C

ount

s]

q [nm-1

]

q-4

5 orders of magntude

試料： PSLatexX 線： 13.8 keV

5 桁の dynamic range が実証された目標： 7 ～ 8 桁

統計が少ない！

現在の検出効率X 線入射窓：アルミ 0.5mm 透過率 20 %Xe ： 4mm 透過率 15%→ 　検出効率 3%実験時間の制限により十分データをためられていない

検出効率の向上1. 入射窓を薄くする　　カプトンシート　　 or グラッシーカーボン2. X 線のエネルギーを低くする　　 8 keV

8 keV のメリットμ-PIC 、 GEM 上の銅から発生する特性 X 線がなくなる( 今まで 13.8 keV と 8 keV の二成分あった )→back ground が減る電子の track length が短くなる→ 位置分解能向上

検出器の一様性

10 cm

10 c

m

試料：ベヘン酸銀X 線： 8 keV

高い一様性dead region は 2 strip のみイメージのゆがみなし

8 keV8 keV14 kHz

13.8 keV900 kHz

ほぼ同じ散乱角だが、8keVのほうがピークが広がっている

ゴミ？

イメージの焼きつきGain 低下によりほとんど hit なしKEK-PF では見られないGEM ～ μ-PIC の電場　 0.6kV/cm電荷が GEM にたまるため起こった

Induction field 0.6kV/cm から 1.9kV/cm に電荷の GEM 透過率改善

High Intensity下での GEMの gain変動

ビーム中心をずらすと

イメージの焼きつきHit 数：周囲の 1/2

大型 μ-PIC(30cm×30cm)

30cm 角 μ-PIC としては初のビーム試験システムとして動作することを確認μ-PIC 単体で動作 (GEM なし )

ビーム30cm

ASDμ-PIC

24cm

First image of 30cm μ-PIC試料：ベヘン酸銀X 線： 13.8 keV

次回の実験に向けて• 外部トリガーを導入することで、溶液 - 溶媒の引き算を正確

に行う ( 前回の実験より 5 桁高い精度で )• 検出効率アップ、 accidental coincidence を防ぐために、 8ke

V X 線を用いる→X 線入射窓をカプトンシートに→ ガスフローシステムの構築 ( 次回は Ar ベースのガス使用？ )• μPIC-GEM 間の Induction field を強くして ( 前回実験の 1.5 ～

2 倍？ ) 、さらに焼きつきが緩和するか調べる ( 他の GEM グループはもっと強い電場をかけて使っているらしい )

• FADC を用いてスペクトルをとり、 13.8 keV を照射したときに、銅特性 X 線 (8 keV) がどれくらいあるかを調べる

• 30cm μ-PIC に GEM を取り付ける