2008 年 2 月 Spring-8 実験報告+α

2008/2/8-9

服部香里

μ-PIC のスペクトルビームを照射すると、 anode 電流 (μ-PIC の gain に相当 ) が変化したので、明瞭なピークは取得できなかった。したがって、どのピークが何 keV に相当するのかをはっきり示せなかった。Anode 電流の変化が生じたのは、 μ-PIC 、 GEM 間の距離が近かったためだと考えられる。

GEM の電圧を上げたGain 向上

μ-PIC の 13.8 keV?(GEM の gain を上げてもピークの位置が変わらないため )

13.8 keV のスペクトル

GEM+μ-PIC で増幅された 8 keV+13.8 keV?

あとの条件は同じ

ビーム中心付近の波形

大きいパルス→ μ-PIC+GEM で増幅小さいパルス→ μ-PIC のみで増幅ビーム中心では、他の場所よりも小さいパルスの割合が高いGEM の charge up により、 GEM の電子透過率減少？μ-PIC のみの増幅でも、 gain は threshold に対して十分大きいμ-PIC のみで増幅、 μ-PIC+GEM で増幅の二成分いると厄介今後は μ-PIC のみで？

8.265 keV : Analog 32ch sum をオシロで観察VGEM = -390 V Vanode = 640 V EI = 2 kV/cm

一様性 ( まだ議論中 )

13.8 keV グラッシーカーボンVGEM = 0 V Vanode = 640 V EI = 2.5 kV/cm

格子状の gain むら→ strip 間で gain にばらつきがある→4ch/chip だが、 gain の高い ASD chip と低い chip があるようだ→ 同じ Radial Distance でカウント数　 を比較すると、 σ は平均 8%→calibration の必要有

Radial distance [mm]

σ[%

]

azimuth で平均

小角側はデータ量が少ないので、ばらつきが大きい

高角側は電場の歪みでばらつきが大きいGEM と μ-PIC 間を近づけたので、GEM のたわみが電場に及ぼす影響が大きい→次回は距離を離す

Accidental coincidence

8 keV でもゴーストはなくならなかった100 kcps 程度でゴーストが見えなくなった→X 線のエネルギーを変えても　 accidental coincidence は改善しなかった→ 別の原因 ( 次頁参照 )

ベヘン酸銀

Accidental Coincidence の原因

X 線による信号→ anode と cathode で、極性が逆の信号が同時に検出　　　　　　　　　 → encoder で anode と cathode の coincidenceところが encoder 上で anode と cathode の coincidence がとれていないイベントの割合が高い( つまり anode と cathode から生成されるデジタル信号のタイミングが数十 nsec ほどずれている )

同じ時刻 T に、例えば (X1, Y1), (X2, Y2) に X 線が入射Coincidence がとれていれば、 |X1-X2|>8 または |Y1-Y2|>8 ならば width cut で落ちるしかし coincidence がとれていないので、例えば X1 と Y2 の信号が同時に検出され、Y1, X2 の信号が 1clock 遅れて検出される可能性も→(X1, Y2) が記録→間違った位置情報→ゴーストを作る

Analog output pulse height [mV]

Enc

oder

で検

出さ

れた

パル

スの

割合

Spring-8 実験でのPulse height

encoder での数え落としが多いanode と cathode でcoincidence がとれていないイベントの割合が高い

109Cd 使用 (22 keV)

Accidental Coincidence の原因(2)

cathode 256ch のどこかで hit したとき出力

anode 256ch のどこかで hit したときに出力

cathode と anode でcoincidence がとれたときに出力

cathode analog out

今まで anode と cathode の信号が、同時に検出されると仮定して、 encoder のロジックを組んでいたが数十 nsec のオーダーになると、この仮定が全く成立しないことが分かった100 MHz の clock では、必然的に anode と cathode の coincidence がとれるのではなく、むしろ偶然coincidence がとれるイベントを今まで見ていたことになる→coincidence をとる際の clock を落とす ( 業者に外注、ほぼ完成 )→coincidence を取らないで anode, cathode 各々の hit した位置と時刻情報を記録する ( 納期 5 月半ば )

このイベントでは、たまたま coincidenceがとれているが、 coincidence がとれていないイベントも多い→数え落とし

焼きつき

Bruker 社製の Paralle-Plate Resistive-Anode Gaseous Detector でも、大強度の X 線を照射すると、 Gain が下がる (<10% の低下 ) が、 counting rate には影響しないことが報告されている D.M.Khazins et. al., NIMA 51 (2004) 943次回、 GEM なしで焼きつきがどうなるかをみる必要がある 現在、 pulse height が低いほど encoder の数え落とし小 (pulse height が threshold より十分高いにもかかわらず )encoder のロジックを変更すれば、多少 gain が下がっても、確実に encoder で検出されるため、 焼きつきがなくなるはず

ベヘン酸銀の跡が残っているgain の向上は strip 間の gain ばらつき程度

13.8 keV VGEM = 0 V Vanode = 640 V EI = 2.5 kV/cm

ビーム中心の焼きつきgain 低下

溶液散乱

AuNP 20 nm 0.04% weightVGEM = 0 V Vanode = 640 V EI = 2 kV/cmcounting rate 77 kcps

GEM の gain を 0 にして測定accidental coincidence の影響がない低レートで測定溶液 - 溶媒　　単純に引き算してダイナミックレンジ 5桁以上を達成

シリカ 110 nm 5mg/mlVGEM = 0 V Vanode = 640 V EI = 2 kV/cmcounting rate 48 kcps

今後の計画10cmμ-PIC次回実験までにやることμ-PIC, GEM 間の距離を 2mm から 4mm に戻すGEM なし検出器を準備外部トリガーモードはほぼ完成 ( 現在デバッグ中 )新しい encoder logic で accidental coincidence がないことをX 線ジェネレータで確認

次回実験でやりたいこと新しい encoder logic で accidental coincidence の影響が大幅に低減されることを確認　　　　　　　　　　　　 線型性を確認 ( 同じ X 線強度で 3倍かそれ以上の counting rate が期待できる )

焼きつき、一様性を確認→ GEM 有無どちらがよいか判定gain 変動がないことを確認外部トリガーモードを試す

30cm μ-PIC入射窓を薄くして、 Spring-8 実験で時間があれば試験