COMETのための Extinction...
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COMETのための E xtinction Monitor開発 年末合同発表会 Dec 22, 2008 久野研M1 中堂園尚幸 青木、谷口。 吉村、三原、堀越、立元。
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COMETのためのExtinction Monitor開発
年末合同発表会 Dec 22, 2008久野研M1
中堂園尚幸青木、谷口。
吉村、三原、堀越、立元。
Contents
COMETにおけるExtinction
Extinction Monitor開発
Extinction試験＠J-PARC
Summary
COMETにおけるExtinction
ミューオン物理のための加速器スタディをお願いする会 2008.9.30
Extinctionとは
2
Arbit
rary U
nit
0 1
Prompt Background
Stopped Muon Decay
Main Proton Pulse10 p/pulse8
Timing Window
(!s)Time
Signal
100 ns
1.1 !s
Pulsed proton beamCOMET の目標：μ→e転換過程の分岐比を10-16の精度で決定
(COherent Muon Electron Transition)
1次ビームの時間構造
COMET実験の1次ビーム：8GeVのパルス陽子ビームパルス陽子ビームがπ生成ターゲットに入射してから一定時間以降のデータを取得→ビームに同期するバックグラウンドを回避
Extinction
COMETの測定時間領域 ~400nsec
108陽子
漏れだし陽子～1個
パルス間に漏れだし陽子があるとバックグラウンドを十分に削減できない
COMET実験の目標精度10-16を達成するには、Proton Extinction<10-9が必要Proton Extinctionを測定する装置：Extinction Monitor
€
RExtinction =Nextra
Npulse
<10−9Proton Extinction :
Nextra:パルス間漏れだし陽子数Npulse:パルス内陽子数
Extinction Monitor開発
Extinction Monitor＜要求＞①高い放射線耐性②早い応答性③ビームパルスによるBGの回避④ビームパルスシグナルへの耐性
ガスチェレンコフ光検出器①→ガスの利用（循環させることも可能）②→チェレンコフ光の利用③→シンチレーション光の少ないガスを選定
Gating PMT④→パルスが来ている時はOff 洩れだし陽子の検出時はOn へ高速スイッチング
1次陽子ビーム中の漏れだし陽子をパルス バイ パルスでモニタ、検出されたパルスは棄却
Overview of Extinction Monitor
Proton Beam
Gas
Mirror
Gating PMT
Cherenkov light
今回はGating PMTの状況を報告する
Gating PMT
Off OffOnPMT
洩れだし陽子によるチェレンコフ光を検出！
108陽子
チェレンコフ光
COMETの測定時間領域
メインパルスのチェレンコフ光：アノード電流10A (PMTゲイン106)
PMTのあるダイノード電位を後段のダイノードの電位よりあげる→光電子を遮断しOffゲインを達成する
20kHzで動作可能なVer.2のディバイダ回路（設計：谷口敬氏(KEK)）を試験（目標：ゲインのOn/Off比<10-6）
電圧の絶対値
ダイノードK 1 2 3 ...F 4
On/Off ratio
time(nsec)-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
On
/Off
ra
tio
-610
-510
-410
-310
-210
-110
1
On/Off ratio
LED:5.6V
LED:18V
On/Off ratio
LED光源を用いて、On、Off状態それぞれの光量を測定した
LEDの光量が足りず上限のみゲインのOn/Off < 2x10-6
1000mV
1mV
HV1700VOn(通常の電圧分配)
LED光量:1Off
LED光量:2000
Afterpulse
大光量の光源(レーザー)を用いてon/off比を測定1MHzの繰り返しを目指すアフターパルスを評価し、対策を検討する
＜今後＞
アフターパルスが存在するPMT由来かLED光源由来か調査中。。。
150mV
Extinction試験＠J-PARC
COMETはJ-PARCでの実験を計画しているパルス陽子ビームの高いExtinction(10-9)を達成するために、
まずは、現在のExtinctionの程度を知る必要がある
＜モチベーション＞
ミューオン物理のための加速器スタディをお願いする会 2008.9.30
元々のレイアウト案
7
Plastic Scintillator
Hodoscope 40cmx40cm
x2 Layers
Beam Profile Monitor
(Already Installed)
ミューオン物理のための加速器スタディをお願いする会 2008.9.30
Abort Kickerによる取り出し
6
Extracted to Abort LineRise Time = 1.8 !sM
R Pu
lseKi
cker
Field
Time (!s)
A
A
B or B' (Empty)
B
B’
B A B’
Abort LineKicker
Main Ring h=9
RCSh=2
RCSの空バケツをメインパルスの前に入射するか(B)、後に入射するか(B’)
でRCSの空バケツの洩れ込みの評価が可能。
Rise time (1Rise time (1--99%) 99%)
= 1.8072= 1.8072!!secsec
@ @ VcVc=30kV=30kV
Rise timeRise time
ofof
Integrated fieldIntegrated field
by Koseki-san and Matsumoto-san
Test@MR, Abort Line
νMR
Abort
MRのパルスをアボートラインで測定早い取り出し (4x1011protons/pulse)メインパルス直前の空バケツ内の陽子数を測定Extinctionは10-4~10-9と予想リニアックのチョッパーがExtinctionを悪くしていると予想されている
Abort Line
Main Ring
ミューオン物理のための加速器スタディをお願いする会 2008.9.30
測定器案
12
400 18
Clear Fiber (!0.9mm)
EL260 18(w)x144(l)x2(t)
G10 18(w)x180(l)x2(t) Carbon Fiber Sheet
MA PMT H8711
4mm x 4mm x (16)
Pump
Vacuum Gauge
シンチレータまたはQuartz 2 mm x 2 layer
MA PMT 読み出し pixel 4 mm x 8 mm
Waveform digitizerによる波形取得
Detector広いダイミナックレンジ(～5桁)ビームサイズをカバー ~φ150mmメインパルス(4x1011protons/pulse)にも耐えられる低物質量、超高真空、放射線耐性
＜要求＞
短冊状のシンチレータ、クォーツ(18x180x2mm)8枚並べたものを1層とし、互いに縦横に2層ファイバー読み出しMA-PMT(H8711-10, 16ch→8ch, 18.1x18.1mm)を2個づつ計4個用いて、各層で両読みWaveform digitizerによる波形取得
ホドスコープを採用
設計：吉村氏、三原氏(KEK)
ビーム方向
φ300mm
Status(1)
シンチレータ(18x180x2mm)とファイバー(φ１mm)
シンチレータの土台。アルミ板1枚から削りだし（MacBookも顔負け） ファイバーを熱湯で曲げる
チェンバーに組込む（曲線美） 全体図 ファイバーとPMTのカップリング
Status(2)
週末に宇宙線テストを実施。解析中(~5photons)今後、真空試験
H.V.(V)200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
ga
in1
10
210
310
410
510
610
710
810
SA2479_ch1
MA-PMT(H8711-10, 16ch, 18.1x18.1mm )
ゲイン測定 ファイバーとPMTを結合htemp
Entries 70000Mean 234RMS 90.74
Y2B200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
1
10
210
310
410
htemp
Entries 70000Mean 234RMS 90.74
Y2B
Summary
SummaryCOMET実験においてパルス陽子ビームのExtinctionは重要
Extinction Monitorを開発中でgating PMTは20kHz、on/off比 < 2x10-6を達成。アフターパルスが問題
アボートライン@J-PARCでのExtinction試験に向けて準備中
測定器はほぼ完成し、宇宙線テストを実施。 今後、真空テストを行う
Merry Christmasfrom KEK ...orz
