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
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 http://www.ssd.rl.ac.uk/ssd/ccdtg/ccdtg.html 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
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
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
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
MPGDを 用 いた 半 透 過 型 ガスPMT
MPGDを 用 いた 反 射 型 ガスPMT
現 在 までの 開 発 状 況 CPガス 検 出 器 Micromegas+CP 光 電 面 開 発
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. 1698-1704
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
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
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
Assembly of the Capillary Plate Gas Detector
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
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 4 620 nm Austin and Ramsey Opt. Eng. 1993 Fraga et al. IEEE 2002 Experimental Setup
Gas Gain PMT Preamp
Gas Gain
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
Optical Imaging CP Gas Detector True 2 Dimensional Pixel Gas Detector
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
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
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 )
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%
現 在 までの 開 発 状 況 CPガス 検 出 器 Micromegas+CP 光 電 面 開 発
CP+Michromegasを 用 いたガスPMT 試 験
Micromegas 検 出 器 の 構 造 Fine-mesh and Spacer 1000 lines per inch
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.
現 在 までの 開 発 状 況 CPガス 検 出 器 Micromegas+CP 光 電 面 開 発
光 電 面 特 性 in GAS
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
ガスPMTとしての 試 験 ガスPMTとしての 試 験
ガスPMTとしての 試 験 ガスPMTとしての 試 験
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)
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
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
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