マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-pic の開発

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ママママママママママママ ママママママママ μ-PIC マママ 1. Introduction 2. Test operation of prototype 3. Summary ママママ ママ ママ ママママ ママ マママ 、、 ママママ マママママ マママ 、、 ママママママ 2007 マママママ 26 Mar. 2007

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マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発. 神戸大学  越智 敦彦、本間康浩、桂華 智裕、         故島陽太、守谷健司、道前武. 1. Introduction 2. Test operation of prototype 3. Summary. 日本物理学会 2007 年春季大会  26 Mar. 2007. Introduction. Mesh. 400 m m. Micro pixel chamber ( m -PIC) Position resolution ( - 100 m m) - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

マイクロメッシュを用いた三次元電場構造型 μ-PIC の開発

1. Introduction2. Test operation of prototype3. Summary

神戸大学  越智 敦彦、本間康浩、桂華 智裕、

        故島陽太、守谷健司、道前武

日本物理学会 2007 年春季大会  26 Mar. 2007

Page 2: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

400m

Mesh

Introduction

• Micro pixel chamber (-PIC)– Position resolution ( - 100m)– Timing resolution ( < 100ns)– High rate capability

( > 107c/sec/mm2)

• With micro mesh– Higher gain in stable

operation (>104)

Page 3: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Effect using micro mesh

• Higher Electric field around the anode– Vertical direction against

detection flat– Without increase of e-field

near cathode edge Higher gas gain will  

be attained safely• 104-5

• Reduction of positive ion distribution across detection volume– ~ 1% (simulation)

Page 4: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Applications

• Replacement of -PIC with GEM– Real time imaging device for

• X-ray• Gamma-ray• Charged particle• Neutron• etc.

• TPC– Low ion diffuse

• No gating method needed

Page 5: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Prototype test• Micro mesh was mounted on -PIC

– Supported by plastic film / nylon wire• Support structure is future tasks

– Distance between -PIC and wire• About 300m

– Micro mesh is connected to HV controller

• Operation gas– Ar:C2H6 = 90:10

Page 6: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

0.5mm

Micro scope picturesfor same place(different focus point)

Micro mesh mounted on -PIC by hand.Size of -PIC = 3cm x 3cm.Efficient area using mesh = 2mm x 3cm

Page 7: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Test parameters

• Only signal pulses (gain) were measured– Gain dependency on

• Anode voltage (=Va)• Mesh voltage (=Vm)• Drift voltage (=Vd)

10 m

10 m100m

Drift Plane

Cathode

Anode 信号

Vd

Va

MeshVm

Page 8: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

420 430 440 450 460 470 480 490 500

no meshVm=0VVm=-50VVm=-100VVm=-150V

Gain curve (Va, Vm dependence)

• Vd-Vm = 100V (Vd=2kV for no mesh plot)• Gas: Ar(90%)+C2H5(10%)• Source: Fe55 (5.9kV)

Va [V]

Gain

Page 9: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Collection efficiency problem

• Collection efficiencies for electrons– Depend on Vd-Vm … smaller is better

Without MeshWith mesh (Vm=0V)

Va=450V Va=450V

Vd [-V] Vd [-V]

Gain Gain

Page 10: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Current status of development

• Came up with the new idea -PIC with micro mesh

• Prototypes were made and tested– Gas multiplicity of it is more than 3 times– Gain of 2 x 104 were attained

• With prototype mesh (distance is about 300m)

– More studies are needed for tuning up the parameters

• Simulation studies Keika will talk

Page 11: マイクロメッシュを用いた 三次元電場構造型 μ-PIC の開発

Future prospects

• How to hold the mesh on detector?– How to keep the flatness of the mesh?– Wire or leg?– Insulations are attached with micro mesh or -PIC?

• Optimization of geometries and operation voltage?– Collection efficiency ↑   and gas gain  ↑– To get consistency of simulation and measurement

• 2 dimensional readout and larger detection area– With amplifiers and data acquisition system

• We have to get the budget for this project !!!– There is no budget about this project yet !!

• We need more than 5M JPY to make new design of -PIC