CALET主検出器のモデリング・シミュレーションによる性能評価吉田健二（芝浦工大）、鳥居祥二、笠原克昌、小澤俊介、小谷太郎、中川友進、赤池陽水、苅部樹彦、仁井田多絵、九反万理恵、吉田圭佑（早大）、市村雅一（弘前大）、清水雄輝（ JAXA ）、森正樹（立命館大）、他 CALET チーム

概要

P4-205

CALET の主検出器であるカロリメータは、チャージディテクター（ CHD ）、イメージングカロリメータ（ IMC ）、全吸収型カロリメータから構成され、 1GeV 〜 20TeV の電子、10GeV 〜 10TeV のガンマ線、数 10GeV 〜 1000TeV の陽子・原子核を観測する。 CALET 観測装置の性能の把握には較正実験と共に M.C. シミュレーション計算が必要不可欠であり、これまで M.C. シミュレーション計算による CALET 観測性能を報告してきた。 M.C.シミュレーション計算の精度の検証には、複数のシミュレーション計算コードを用いる他、実験データとの比較を行うことが必要不可欠になる。本発表では、 CALET プロトタイプ検出器を用いた CERN-SPS でのビーム較正実験結果を用いて、 M.C. シミュレーションの結果と比較することにより、 M.C. シミュレーション計算の精度を検証した結果を報告する。

CALET 主検出器

ビーム実験用 CALET プロトタイプ検出器モデルの作成

シミュレーション計算とビーム実験データの比較

Geant4 による CALET プロトタイプ検出器モデルとシミュレーション計算例

Gamma-ray 10 GeV Electron 1 TeV Proton 10 TeV

シミュレーションデータのデータ処理手順

CALET プロトタイプ検出器の概略図

各検出器での粒子数分布

エネルギー分解能

PWO X0 = 0.89 cm RM = 2.0 cm

Shower development

log scale N [MIPs]

N [MIPs]log scale

450 mm

Shower particles

CALET 主検出器の概略図

CHD: Charge Detector 電荷測定（ Z=1-40 ）・ Plastic Scintillator (32mm x 10mm x 450mm)　 14 本 x （ X,Y ）IMC: Imaging Calorimeter　入射方向決定、粒子識別・ Scintillating Fiber (1mm x 1mm x 448mm)　 448 本 x （ X,Y ） x 8 層・ W plate　 0.2r.l. x 5 枚 + 1r.l. x 2 枚：全 3r.l. （放射長）TASC: Total Absorption Calorimeter　粒子識別、エネルギー測定・ PWO (20mm x 19mm x 326mm)　 16 本 x 12 層：全 27r.l. （放射長）

観測性能・幾何学的因子 SΩ ：　　 1200cm2sr （電子）　　 1000cm2sr （ガンマ線）・エネルギー分解能：　　〜 2% （ >10GeV ） （電子、ガンマ線）　　〜 30% （陽子）・ 電 子 観 測 で の 陽 子 除 去 能 力 ： 〜1x105

・電荷分解能： 0.15 〜 0.3e・角度分解能：　　 0.13 〜 0.26 度（ >10GeV ）

シミュレーションによるシャワーイメージ

検 出 器 で 測 定 さ れるシャワーイメージ

2010年 CERN-SPSビーム実験用 CALETプロトタイプ検出器CALET プロトタイプ検出器 IMC・ Scintillating Fiber (1mm x 1mm x 448mm)　 32 本 x 8 層（ X 方向のみ）・ W plate　 0.2r.l. x 5 枚 + 1r.l. x 2 枚　全 3r.l. （放射長）： CALET と同じ厚さCALET プロトタイプ検出器 TASC・ PWO (20mm x 19mm x 326mm)　 2 本 x 8 層（ X 方向のみ）　全 18r.l. （放射長）： CALET の 2/3 の厚さ

使用する M.C. シミュレーションコード：Epics 、 Geant4

Epics によるシミュレーションのイベント例

M.C.シミュレーションコードによる検出器モデルの作成ビーム実験データのイベント例

シミュレーション計算出力（エネルギー損失量）の粒子数への変換

まとめ

．粒子数：• ミュー粒子照射時の検出器シグナルを 1MIP （ 1 粒子数）とする（＊）• 比較する実験データのペデスタルは補正済• シミュレーションデータに、装置由来のノイズ成分（ガウス分布）を付加

ミュー粒子照射時のシンチファイバー 1 本からスペクトル（左）と PWO1 本からのスペクトル（右）。実験データ、シミュレーションデータ、フィッティング結果を示している。フィッティングでは、 Landau 分布に Gauss 分布を畳み込んだ関数を用いて Landau 成分のピーク（図中の MP ）を求め、 1MIP としている。

SciFi PWO

Epics 、 Geant4 による IMC 、 TASC での粒子数分布と実験データとの比較（陽電子 10GeV ）

TASC によるエネルギー分解能（陽電子）：Epics 、 Geant4 、実験データの比較

a [%] b [%]Experiment 12.3 1.6

GEANT4 11.4 1.6EPICS 11.6 1.5

bEa

E:ResolutionEnergy 　　 　

シャワーの横方向の広がりIMC 、 TASC のエネルギー損失量（粒子数）平均値

<EIMC> 、 <ETASC> 、横広がり平均値 <RE> の実験データとのずれのまとめ

ΔEeachj : energy deposit in j th scintillatorΔElayeri : energy deposit in i th layerxj : coordinate of a center of j th PWOxc : coordinate of a shower axis in i th layer

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IMC 、 TASC での横広がり RE分布：Epics 、 Geant4 、実験データの比較（陽電子 10GeV ）

• CALET 主検出器のモデリング・シミュレーションに使用している M.C. シミュレーションコード Epicsおよび Geant4 によりビーム実験用 CALET プロトタイプ検出器モデルを作成• シミュレーション計算結果をビーム実験結果と比較し、シミュレーション計算の精度を検証• 2011年 CERN-SPS ビーム実験用 CALET プロトタイプ検出器（ CHD が追加、検出器が大型化）のシミュレーションモデルを Epics 、 Geant4 で作成しており、同様の検証を実施予定：上記に加えて、陽子除去能力を評価

陽電子