10ピコ秒の時間分解能を有する重イオンTOF検出器の開発

时间分辨率10皮秒的重离子TOF探测器研制

• 批准号: 13740141
• 负责人: 門叶 冬樹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740141/
• 关键词: 重イオン; 飛行時間法; ストリークカメラ; 高時間分解能

現在、高エネルギー重イオン実験で実用化されているTOF検出器の時間分解能は100ピコ秒が限界である。この分解能を用いて質量数Aが200以上の重イオンに対してTOF測定を行った場合、質量分解能ΔA=0.7を得るには、測定器間の飛行距離を10m以上に設置しなければならず、実験施設そのものの大きさにまで制限を与えてしまう。従って、高い時間分解能を持つ重イオンTOF検出器の早急の開発が望まれている。本研究は、ストリークカメラの原理をはじめて重イオンTOF検出器に応用し、従来のTOF検出器と比較して「10倍の時間分解能である10ピコ秒の時間分解能を有する重イオンTOF検出器システムの実用化に向けた基礎開発」を目的として行った。本システムの主要部分であるストリークカメラの基礎動作試験は完了しており、ストリーク像を高い計数率で読み出すことができる二次元位置検出器の開発を目的に、平成13年度は二次元位置検出器であるマイクロチャンネルプレート(MCP)とウィッジ&アノードストリップ(W&Sアノード)の基礎特性試験を行った。具体的には、MCPとW&Sアノードを組み合わせた検出器を専用真空チェンバーに設置して、α線および水銀ランプの紫外線をMCPに入射させて位置の一様性および位置分解能について調べた。その結果、位置特性はストリークカメラの有効面積内直径20mmφで一様であり、位置分解能100μmを達成できた。以上の開発が終了したため、平成14年度は本検出器を実際にストリークカメラに組み込み理化学研究所サイクロトロン施設にあるE1Cビームラインで特性試験を行った。使用したビームはエネルギーが135MeV/Aの^<20>Neビームである。まず、ストリークカメラのターゲットにアルミニウムと金を使用して検出効率を調べた。その結果、ターゲットからの二次電子放出率が低く、検出効率は50%であった。そこで、ターゲットにCsIを用いてその厚みに対する検出効率の依存性を調べた。CsIの厚みを20μg/cm^2以上にすることによって、99%の検出効率を達成することができた。以上の研究により「時間分解能を有する重イオンTOF検出器システムの実用化」に一歩近づくことが出来た。

当前，在高能重离子实验中实际使用的TOF探测器的时间分辨率限制为100秒。当使用此分辨率在重离子A上进行TOF测量值，质量为200或以上，以获得质量分辨率ΔA= 0.7，必须将测量仪器之间的飞行距离设置为10 m或更多，这限制了实验设施本身的大小。因此，需要紧急开发具有较高时间分辨率的重离子TOF检测器。这项研究是首次将其用于重离子TOF探测器的条纹摄像头原理，并以“实用基本开发用于实际应用重离子TOF探测器系统，其时间分辨率为10 picseconds，这是传统TOF探测器的10倍。” Streak摄像头的基本操作测试是该系统的主要部分，并且在2001年进行了基本特征测试，对二维位置探测器，微通道板（MCPS）以及Widge and Anode Strips（W＆S阳极）（W＆S阳极）进行了二维位置检测器，以开发二维位置检测器，以开发出二维位置检测率。具体而言，将MCP和W＆S阳极的检测器安装在专用的真空室中，而来自α射线和汞灯的紫外线射线被入射在MCP上，以研究位置和位置分辨率的均匀性。结果，位置特性是均匀的，直径在条纹摄像头的有效区域内直径为20mmφ，并达到了100μm的位置分辨率。随着上述开发完成，2002年，检测器实际上嵌入了条纹摄像头中，并在Riken Cyclotron设施的E1C梁线上测试了特征测试。所使用的光束为135 MeV/a的A ^<20> NE光束。首先，我们在条纹摄像头的目标上使用铝和金研究了检测效率。结果，目标的次级电子排放率较低，检测效率为50％。因此，CSI被用作研究检测效率对其厚度的依赖性的目标。通过使CSI厚度超过20μg/cm^2，可以达到99％的检测效率。上述研究使我们更接近“通过时间分辨率的重离子TOF检测器系统的实际应用”。

项目成果

T.Ohnishi, K.Morimoto, F.Tokanai, I.Tanihata: "Development of Time-of-Flight Detector with Straek Camera III"RIKEN Accel. Prog. Rep. 38. (2003)

T.Ohnishi、K.Morimoto、F.Tokanai、I.Tanihata：“使用 Straek Camera III 开发飞行时间探测器”RIKEN Accel。