KEK-B Linac KEK-B Linac 陽電子生成用陽電子生成用単結晶標的の開発単結晶標的の開発

東京都立大学理学部物理学科４年東京都立大学理学部物理学科４年高エネルギー実験研究室高エネルギー実験研究室

春名　毅春名　毅

30aRG-1

2006年春学会＠愛媛 2

研究組織

春名毅 ,梅森健成 C, 奥野英城 B, 金丸雄亮 ,

紙谷琢哉 A, 佐藤政則 A, 杉村高志 A,

諏訪田剛 A, 浜津良輔 ,古川和朗 A, 吉田勝英 D,

A.P.PotylitsinE, I.S.TropinE, R.ChehabF

都立大理 ,KEK 加速器 A,KEK 素核研 B,KEK 物構研 C,

佐賀シンクロトロン D

Tomsk Polytechnic UniE,LALF

2006年春学会＠愛媛 3

研究目的

高強度の陽電子源の開発 4GeV 電子ビーム⇒タングステン単結晶 陽電子生成率の…

　①単結晶標的の厚さ依存　②生成された陽電子の運動量依存 (10MeV/c ･ 20MeV/c)　③多結晶標的との比較

陽電子ステーション用プロトタイプターゲットのテスト

Ｂ フ ァ ク ト リ ー 陽 電 子 生 成 用 標 的 と し て の

タ ン グ ス テ ン 単 結 晶 の 可 能 性 を 実 験 的 に 評 価

2006年春学会＠愛媛 4

現在の加速器の陽電子源

重金属多結晶標的に電子ビームを照射⇒電磁シャワー中から発生する陽電子を後段で捕獲し、再加速。

Ｂファクトリー入射器では、陽電子源の標的として、14mm の多結晶のタングステンが用いられ、

運動量 8 ～ 12MeV/c, θ ＜ 0.30radの陽電子を再加速している。

2006年春学会＠愛媛 5

単結晶標的内での γ 線生成の特徴

コヒーレント制動放射

チャンネリング放射

結晶軸（面）にほぼ平行に電子が入射したときに電子は螺旋運動をしながら干渉性のある γ 線を放射

する。

電子の制動放射により放出された γ 線が結晶の周期性

によって干渉する。

高強度の γ線⇒高強度の陽電子生成

単結晶標的

2006年春学会＠愛媛 6

KEK-B Linacビームスイッチヤード

KEK-B Linac( 約 600m)

2006年春学会＠愛媛 7

実験装置

陽電子の運動量を選択

～ 10-3torr

単結晶タングステン 多結晶タングステン3 ～ 18mm(3mm 間

隔 )

2006年春学会＠愛媛 8

ゴニオメータと標的

PolycrystalTungsten

e- Be

am

Single-Crystal Tungsten

2006年春学会＠愛媛 9

セットアップ（後方）

Target

2006年春学会＠愛媛 10

単結晶標的： 2.2, 5.3, 8.9, HIP11, 12.2mm結晶軸： <111>

実験条件

エネルギー： 4GeVバンチ幅（ FWHM) ： 10psec強度： 0.2nC/bunch( ～ 109)ビームスポットサイズ（ FWHM) ：～ 1.8mm

電子ビーム

Single-Crystal 12.2mm

HIP 加工済み11mm

標的 ( タングステン：放射長X0=3.5mm)

①HIP によって結晶がダメージを受けていないか②ビームの入射方向によって結晶軸は変わらないか

多結晶標的： 3 ～ 18mm(3mm 間隔 )

※HIP: 熱間等方圧加圧法 (High Isostatic Pressing)

陽電子ステーションにおいてターゲットを冷却する為の加工

2006年春学会＠愛媛 11

実験結果 (Rocking Curve):20MeV/c

Off-Axis の陽電子生成量は、多結晶標的の陽電子生成量と同等ということは、実験的に確かめられている。※

ビーム軸に対して結晶軸を回転して、陽電子強度を測定。

⇒陽電子強度の角度依存がわかる。

Off-Axis

On-Axis(Peak)

陽電

子強

度

回転 (mrad)

2.2mm

5.3mm

8.9mm12mm

14.2mm

Enhancement=On-Axis/Off-Axis

FWHM

2006年春学会＠愛媛 12

Enhancement と Rocking Curve の半値幅

Enhancement ： On-Axis/Off-Axis

ＨＩＰターゲット

HIP ターゲット

2006年春学会＠愛媛 13

陽電子生成量の厚さ依存性

陽電子の運動量が低い方が、ターゲットの厚いところで、強度がピークになる。

約 16%約 11%

10MeV/c 20MeV/c

縦軸は電子 1個が標的に入射した時に、陽電子が検出器に届く確率。

⇒シミュレーションから算出

2006年春学会＠愛媛 14

まとめと結論

KEK Linac で陽電子の強度を上げる実験を行った。

単結晶による効果は、多結晶に比べて10MeV/c⇒ 約 11%20MeV/c⇒ 約 16%

HIP 加工をしても単結晶はダメージを受けないことが確認された。

Linac では、陽電子ステーションから出てくる8 ～ 12MeV/c の陽電子を、再加速させている為、最適な厚さは約 14mm である。

2006年春学会＠愛媛 15

今後の予定

夏に向けて、 KEK-B Linac の陽電子ステーションに単結晶タングステン標的を実装する準備をする。

KEK-B Linac 陽電子ステーション 陽電子ステーションの模型

2006年春学会＠愛媛 16

おしまい

2006年春学会＠愛媛 17

Detector

Lucite Cherencov Counter

Lead-Glass Cherencov Counter

e+

PMT×4

2006年春学会＠愛媛 18

データの取得

Beam Current Monitor

2006年春学会＠愛媛 19

ロッキングカーブのフィッティング

Bxx

Axf

22

0 2

)(x0

Γ

Single LorentzianB

結晶標的の厚さ2.2 ・ 5.3mm⇒Double Lorentzian でフィット8.9 ・ HIP11 ・ 12 ・ 14.2mm⇒Single Lorentzian でフィット

ビーム軸に対して結晶軸を回転して、陽電子強度を測定。⇒角度依存がわかる。

垂直方向の回転 (mrad)

陽電

子強

度

2006年春学会＠愛媛 20

Geant4 によるシミュレーション

単結晶の位置から

非結晶の位置から

標的の位置から、陽電子を一様に分布させた。0≤θ≤0.08 　 0≤Φ≤2π0.9P0≤Pe+≤1.1P0

2006年春学会＠愛媛 21

Off Axis は本当に Amorphous か !?

Off-Axis は、 Amorphous と同等と言える。2000 年 9月に実験

2006年春学会＠愛媛 22

Rocking Curve of HIP Target

e- e-

2006年春学会＠愛媛 23

結晶軸のビームの入射方向依存

Peak PositionH (mrad)軸 V (mrad)軸

① - 9 - 13② 0 - 13

Ｖ軸は変化しないが、Ｈ軸は反転する。

結晶軸がビーム入射方向（前後）に依存しない。

2006年春学会＠愛媛 24

フィッティング関数

0341

341

222p

pErf

pErf

p

pFpFp

4p3p

0p

p1:Normalize

p2:σ

x

dyy

xF2

2

2exp

2

1)(

x

dttxErf0

2exp2

)(

Gaussian の積分 :

Error Function:

変数変換

0341

341

222p

pErf

pErf

p

pFpFp

0341

341

222p

pErf

pErf

p

pFpFp

2006年春学会＠愛媛 25

結果

2.2 ｍｍ 5.3 ｍｍ

p0:Back Ground p1:Normalize p2:σp0:Back Ground p1:Normalize p2:σp3:Target Position (-) p4:Target Position (+)p3:Target Position (-) p4:Target Position (+)

2006年春学会＠愛媛 26

結果

8.9 ｍｍ12 ｍｍ

14.2 ｍｍ

p0:Back Ground p1:Normalize p2:σp0:Back Ground p1:Normalize p2:σp3:Target Position (-) p4:Target Position (+)p3:Target Position (-) p4:Target Position (+)

2006年春学会＠愛媛 27

ビームスポットサイズ結論

σ=0.74±0.11mm

FWHM

mm26.075.1

3548.2

2ln22

8.9mm12mm 14.2m

m5.3

2.2mm