マイクロパターンガス検出器を用いた次世代型PMTの開発状況

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なおわしあし
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1 マイクロパターンガス検出器を用いたガスPMTの開発状況門叶冬樹 ( 山形大理 ) 首都大学東京住吉孝行中川尊 SLAC J. Va vra 浜松ホトニクス藤田良雄遠藤哲朗岡田晃行渥美卓治大石保生山形大理櫻井敬久郡司修一金子昌弘菊地健太郎外山幸太

2 従来の光センサー科学分野 ( 生物物理化学 ): 研究手段放送メディア OA 分野 : 情報取得手段多様な光センサーの開発応用光電子増倍菅 (PMT) CCD CMOS HPK 社製キャノン社製光センサー感度解像度時間面積価格 /ch 磁場低温光電子増倍管 CCD/CMOS 汎用型低価格大面積ガスPMTの開発

社製 http://www.ssd.rl.ac.uk/ssd/ccdtg/ccdtg.

3 ガスPMTの利点ガス検出器の利点を全て使える光センサー感度解像度時間面積価格 /ch 磁場低温光電子増倍管 CCD/CMOS Gas PMT F. Sauli Michigan University, Ann Arbor - May 23, 2002 期待される応用高エネルギー実験プラズマ天文学暗視カメラ医療分野ポストゲノム

4 Hole-Type & Micromegasを使ったマイクロパターンガスPMTの開発体制浜松ホトニクス (Y. Fujita, T. Endo, T. Okada, T. Atsumi, Y. Ohishi) Photocathode technology Gas Detector Capillary Plate Gas Detector Micromegas Gas Detector Photon Detection 首都大学東京 SLAC (T. Sumiyoshi, J. Va'vra) 山形大学 (F. Tokanai, H. Sakurai, S. Gunji) 2005 年 3 月よりスタート Made in JAPAN

Ohishi) Photocathode technology Gas Detector Capillary Plate Gas Detector Micromegas

5 ガスPMTの動作原理半透過型ガスPMT ( 光電面と増幅領域が別 ) 反射型ガスPMT ( 光電面と増幅領域一体 ) 光光電子ガス増殖読み出し Very simple マイクロパターンガス検出器によるガスPMT 開発へ

6 MPGDを用いた半透過型ガスPMT

7 MPGDを用いた反射型ガスPMT

8 現在までの開発状況 CPガス検出器 Micromegas+CP 光電面開発

9 Glass Capillary Plate (CP) Material Glass capillary Outer Diameter (mm) 10~100 Package Density (cm -2 ) ~10 6 Thickness (mm) 0.2~2 Channel Diameter (µm) 1~1000 Open area ratio(%) 60 (80) Electrode Material Inconel or Ni-Cr A flow controller for gas and liquid, a particle filter, as well as optical and X-ray collimeters. manufacturing process: see F. Tokanai et al. Vol. 52 No.5 (2005) pp

2~2 Channel Diameter (µm) 1~1000 Open area ratio(%) 60 (80) Electrode Material Inconel or Ni-Cr A

10 Glass Capillary Plate (CP) One of the hole-type micropattern gas detectors (GEM like). CP (Sakurai 1996) Del Guella (Glass CP 1985) GEM(Sauli 1997) G10 Home-made Peskov 2004, Chechik 2004

11 The THGEMs: A small THGEM costs ~3$ /unit. With minimum order of 400$ ~120 THGEMs. ~10 times cheaper than standard GEM. From. Prof. A. Breskin

12 Advantages of hole-type MPGD ガス増幅領域と読み出し領域が独立読み出しシステムの選択が可能 CCDも使えるタンデムオペレーション放電に強く高いガス増幅度が達成 PMTレベルの10 6 のゲイン

13 Assembly of the Capillary Plate Gas Detector

14 Operation principle of CP gas detector Ne,Ar,Xe based Gas Mixture X-ray Polarization X-ray Vector Absorption & Drift Region Capillary Plate Gas Multiplication Scintillation Ionization Charge signal X-ray energy, Timing Trigger for CCD Excitation Light signal X-ray Imaging X-ray Polarimeter Real Two-dimensional pixel detector

Multiplication Scintillation Ionization Charge signal X-ray energy, Timing

15 Basic characteristics of optical imaging CP He(80nm), Ne(80nm), Ar (127nm) gas Scintillation is EUV region. Detection is difficult. Wavelength shifter TMA 290 nm CF nm Austin and Ramsey Opt. Eng Fraga et al. IEEE 2002 Experimental Setup

16 Gas Gain PMT Preamp

17 Gas Gain

18 Light emission from the CP detector Light signal Ar(90%)+CF 4 (10%) Charge Signal Charge Signal Light Signal Pulse height Distribution 5.9keV Charge Signal Pulse height Distribution 5.9keV Light Signal

19 Optical Imaging CP Gas Detector True 2 Dimensional Pixel Gas Detector

20 Single photoelectron track image Ar(90%)+CH 4 (8%)+TMA(2%) 22 kev X-ray Photoelectron track 22 kev X-ray Photoelectron track 5 mm 5 mm Nucl. Instr. and Meth. A 513, p. 282, 2003 Nucl. Instr. and Meth. A 525, p. 6, 2004 A powerful tool for the cosmic X-ray polarimetry. F. Tokanai et al. IEEE NSS 2005

and Meth. A 513, p. 282, 2003 Nucl. Instr. and Meth. A 525, p.

21 X 線イメージ Ar(90%)+CF 4 (10%) F. Tokanai et al. submitted to NIM A 2005 F. Tokanai et al. submitted to IEEE TNS 2006

22 CPガス検出器の発光特性 Ar+CF 4 ガスの発光特性 F. Tokanai et al. submitted to IEEE TNS ガスPMTの封入ガスの研究 ( 光電面との相性 )

23 CPガス検出器の発光特性 Pure Xe 発光特性 829nm Xe atomic line ガスPMTへの封入ガスの研究 CCD 感度 >25%

24 現在までの開発状況 CPガス検出器 Micromegas+CP 光電面開発

25 CP+Michromegasを用いたガスPMT 試験

26 Micromegas 検出器の構造 Fine-mesh and Spacer 1000 lines per inch

27 89.1%He+10.9%iC 4 H 10 gas at 1 bar Vary Micromegas gain mainly: UV light Vary only the MCP gain: Very stable operation even at very high gain.

28 現在までの開発状況 CPガス検出器 Micromegas+CP 光電面開発

29 光電面特性 in GAS

30 磁場中の光電面特性磁場中の光電面特性磁場中の光電面特性

31 ガスPMTとしての試験ガスPMTとしての試験

32 ガスPMTとしての試験ガスPMTとしての試験

33 Hole-Type & Micromegasを使ったマイクロパターンガスPMTのまとめ浜松ホトニクス (Y. Fujita, T. Endo, T. Okada, T. Atsumi, Y. Ohishi) 2005 年 3 月より協力体制スタートトランスファー反射型 PMT の試作試験中シミュレーションによる最適化中大型化にむけて THICK-GEMなど首都大学東京 SLAC (T. Sumiyoshi, J. Va'vra) 山形大学 (F. Tokanai, H. Sakurai, S. Gunji)

34 Maxwell&Garfieldを用いた最適化 Maxwell 3D 有限要素法 (メッシュの分割 ) を用いた電磁場解析山形大学に導入京都大学谷森グループ

35 Maxwell&Garfieldを用いた最適化 Garfield 電子イオンのガス中における運動解析 Maxwell & Garfieldを用いた3Dシミュレーションによるシステム全体設計と最適化

36 90%Ar + 10% CH 4 gas イオンフィードバックが見事に抑制される

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untitled 第 8 回備前市日生町吉永町合併協議会会議録召集年月日召集の場所平成 16 年 5 月 19 日 ( 水 ) 日生町防災センター大会議室開会日時及び宣言平成 16 年 5 月 19 日午後 1 時 30 分議長栗山志朗会議録署名委員福原清海井上清見会長栗