強磁場中での動作が可能なRICH用光位置検出器の開発研究

研发可在强磁场下工作的RICH光学位置检测器

• 批准号: 14046223
• 负责人: 飯嶋 徹
• 金额: $ 4.61万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14046223/
• 关键词: RICH検出器; エアロジェルRICH; TOPカウンター; ハイブリッド型光検出器; MCP-PMT; ASIC; マイクロチャンネルPMT; チェレンコフ検出器

本研究では、強磁場中での動作が可能なリングイメージング型チェレンコフ検出器(RICH)用光位置検出器の開発研究を行った。具体的には、将来のBファクトリー実験のために開発を行っているエアロジェルRICH検出器やTOPカウンターでの使用を想定し、ハイブリッド型光検出器(HPD)やマイクロチャンネルプレート内蔵PMT(MCP-PMT)といった磁場耐性の強い光検出器の試作を行った。また、テストベンチを製作し、試作した光検出器の基本性能試験を行った。HPDについては、近接型構造を持つ3x3マルチチャンネル型HPDを製作し、光電子を8KVの加速電圧でフォトダイオードに打ち込んだ際のゲインが2000以上あり、十分なS/N比でシングルフォトンの位置検出ができること、1.5テスラの強磁場中でもゲイン劣化が殆どおこらないことなどが確認できた。また、フォトダイオードとしてアバランシェフォトダイオードを使用したタイプ(HAPD)についても試作を行いアバランシェ増幅による付加ゲインによって20000以上のゲインが得られ、その有用性が確認できた。一方、MCP-PMTについてもマルチアノード型のテストを行い、光電子の収集効率がやや低い(約60%)ものの1.5テスラ中において、10^6以上のゲインと優れた時間分解能(約35ps)でシングルフォトン検出を行えることが確認された。また、こういったマルチアノード型光検出器を実際の実験で使用する際には、多チャンネルの信号を処理する専用電子回路が必要となるため、ASICチップのデザインや性能試験も行った。結論として、本研究の開発によりマルチアノード型HPD(HAPD)が高い検出効率を必要とするエアロジェルRICH検出器に、またMCP-PMTがシングルフォトンの高時間分解能読み出しを必要とするTOPカウンターに有用であることが確認できた。将来このような検出器を実用化すれば、Bファクトリー実験における粒子識別性能を格段に向上し、B中間子やタウ・レプトンの崩壊実験の精度を改善できるであろう。

This study で は, strong magnetic field で の could easily が な リ ン グ イ メ ー ジ ン グ type チ ェ レ ン コ フ 検 extractor (RICH) light position 検 extractor の open 発 を line っ た. Specific に は, future の B フ ァ ク ト リ ー be 験 の た め に open 発 を line っ て い る エ ア ロ ジ ェ ル RICH 検 extractor や TOP カ ウ ン タ ー で の use を し scenarios, ハ イ ブ リ ッ ド type optical 検 extractor (HPD) や マ イ ク ロ チ ャ ン ネ ル プ レ ー ト 蔵 within PMT (MCP - PMT) と い っ た strong patience の field い light 検 extractor Youdaoplaceholder0 try to write を lines った. Youdaoplaceholder0, テストベ チを チを チを make また, trial make <s:1> た optical 検 output tool basic performance test を line った. HPD に つ い て は, close type structure を hold つ 3 x3 マ ル チ チ ャ ン ネ ル type HPD を し making, photoelectron を 8 kv の accelerating electric 圧 で フ ォ ト ダ イ オ ー ド に play ち 込 ん だ interstate の ゲ イ ン が above 2000 あ り, very な S/N ratio で シ ン グ ル フ ォ ト ン の position 検 out が で き る こ と, 1.5 テ ス ラ の strong magnetic field で も Youdaoplaceholder0 らな deterioration が almost <s:1> お らな らな とな とな が が confirm で た た. ま た, フ ォ ト ダ イ オ ー ド と し て ア バ ラ ン シ ェ フ ォ ト ダ イ オ ー ド を use し た タ イ プ (HAPD) に つ い て も attempt を line い ア バ ラ ン シ ェ rights of に よ る plus ゲ イ ン に よ っ て above 20000 の ゲ イ ン が have ら れ, そ の usefulness が confirm で き た. One party, the MCP - PMT に つ い て も マ ル チ ア ノ ー ド type の テ ス ト を い, photoelectron の 収 set working rate が や や low い (about 60%) も の の 1.5 テ ス ラ in に お い て, more than 10 ^ 6 の ゲ イ ン と optimal れ た time decomposition (about 35 ps) で シ ン グ ル フ ォ ト ン 検 を row え る こ と が confirm さ れ た. ま た, こ う い っ た マ ル チ ア ノ ー ド type optical 検 extractor を be interstate の be 験 use で す る interstate に は, multiple チ ャ ン ネ ル の signal を 処 Richard す る 専 with electronic circuit が necessary と な る た め, ASIC チ ッ プ の デ ザ イ ン や performance test line も っ た. Conclusion と し て, this study の 発 に よ り マ ル チ ア ノ ー ド type HPD (HAPD) が high い 検 out working rate を necessary と す る エ ア ロ ジ ェ ル RICH 検 extractor に, ま た MCP - PMT が シ ン グ ル フ ォ ト ン の high time breakdown can 読 み out し を necessary と す る TOP カ ウ ン タ ー に useful で あ る こ と が confirm で き た. Future こ の よ う な 検 extractor を be used chemical す れ ば, B フ ァ ク ト リ ー be 験 に お け る particle identification performance を lattice に し upward, middle B や タ ウ · レ プ ト ン の collapse 壊 be 験 の precision を で き る で あ ろ う.

项目成果

I.Adachi et al.: "Test of a proximity focusing RICH with aerogel as radiator"Proceedings for the IEEE Nuclear Science Symposium. 2. 10 (2002)

I.Adachi 等人：“使用气凝胶作为散热器的邻近聚焦 RICH 的测试”IEEE 核科学研讨会论文集。

T.Iijima et al.: "Test of a proximity focusing RICH with aerogel as radiator"Nuclear Instruments and Method A. 502. 231-235 (2003)

T.Iijima 等人：“以气凝胶作为散热器的邻近聚焦 RICH 的测试”核仪器和方法 A. 502. 231-235 (2003)

T.Iijima et al.: "Test of a proximity focusing RICH with aerogel as radiator"Nuclear Instruments and Method A. (発表予定).

T. Iijima 等人：“使用气凝胶作为散热器的邻近聚焦 RICH 的测试”核仪器和方法 A.（待出版）。

T.Matsumoto et al.: "Studies of proximity focusing RICH with an aerogel radiator using Flat-panel multi-anode PMTs (Hamamatsu H8500)"Nuclear Instruments and Method A. 521. 367-377 (2004)

T.Matsumoto 等人：“使用平板多阳极 PMT (Hamamatsu H8500) 的气凝胶辐射器进行邻近聚焦 RICH 的研究”核仪器和方法 A. 521. 367-377 (2004)

T.Iijima: "Particle Identification at the Super-KEKB"KEK Proceedings 2002-17. 17. 11 (2002)

T.Iijima：“Super-KEKB 的粒子识别”KEK 会议记录 2002-17。