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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). GEM. MicroMEGAS. http://www.gdd.web.cern.ch/GDD/. Y. Giomataris et al, Nucl. Instr. and Meth. A376 (1996) 29. μPIC. 3種類の MPGD. V A = 560V. Bad electrodes < 0.1%. Anode. Cathode. μ PIC has been very much improved !. - PowerPoint PPT Presentation
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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