1

CALET フライトモデルミューオン試験結果仁井田多絵，鳥居祥二 A ，浅岡陽一 A ，小澤俊介 B ，田村忠久 C ，清水雄輝 D ，赤池陽水 E ，木村寿利，他 CALET チーム早大先進理工，早大理工研 A ，早大重点領域研究機構 B ，神奈川大工 C ， JAXA/SEUCD ，東大宇宙線研 E

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

CALET フライトモデルの機能試験 ー 装置コンポネント（ CHD, IMC, TASC ）の機能確認 ー データ取得システムの動作検証 試験方法 ー 外部トリガー信号により大気ミューオンのデータを取得 ー 検出器上部に配置した装置全面を覆う２枚の　　 シンチレータのコインシデンスによりトリガーを生成　　（カウントレート： IMC 試験 約 22.8 Hz 、 TASC 試験 10.2 Hz ）

大気ミューオンによる機能試験

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

Trigger Scin.1

Trigger Scin.2

44.8 cm

4.0 cm

5.3 cm

Trigger Scin.1

Trigger Scin.2

32.6 cm

4.0 cm

5.3 cm

TASC

IMC

CHD

2

Data set 試験日 測定時間

組立試験

1. CHD 各層 5/14 各層 ~2.0 h

2. IMC 1-4 層 5/13 3.0 h3. IMC 5-8 層 5/12 1.6 h4. TASC 1-2, 3-4, 5-6 層 (X, Y) 3/20-4/02 各組 ~1.5

h

熱真空試験5. CHD 全層 7/16-7/19 70 h6. TASC 全層 7/16-7/19 70 h7. IMC 全層 ※ 7/20 0.6 h

※ IMC のデータは熱真空試験後に常温で取得

FEC

FEC

外部トリガーシステム • 検出器上部に配置した２枚のシンチレータの出力からトリガー信号を生

成し、　外部トリガーとして検出器に入力

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大 3

高電圧分配ボックス

検出器（暗幕付

き）

トリガー用シンチレー

タ

• 厚さ 1cm のシンチレータに、波長変換ファイバー（ WLSF ）を等間隔で

　埋め込み、光電子増倍管（ PMT ）で読み出し　ー シンチレータ： EJ-200 （ ELJEN TECHNOLOGY ）　　　サイズ： IMC 用 44.8 × 44.8 × 1.0 cm　　　　　　　 TASC 用 32.6 × 32.6 × 1.0 cm　ー WLSF ： Y11 (200) （クラレ）　ー PMT ： H6780 （浜松ホトニクス）

トリガーシンチレータの性能確認

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

IMC 用シンチレータ２枚、 TASC 用シンチレータ２枚の各々について、ー 出力の位置依存性（ <36 %) を考慮して　　最適の波高弁別閾値を設定ー トリガーレートの安定性を確認

写真

光電子増倍管

シンチレータ

ファイバー

ミューオン測定時の出力値分布

Trigger Scin.1Trigger Scin.2

4

各コンポネントにおけるミューオン測定例

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

Data set 1. CHD 各層 Data set 2. IMC 1-4 層

Data set 7. IMC 全層　ミューオン飛跡検出例（ X

層）

Channel Number

Co

un

ts [

AD

U]

layer #5

layer #6

layer #7

layer #8

layer #4

layer #3

layer #2

layer #1出力分布例（ X 層 , log

#6 ）

出力分布例（ Y-1 層 , fiber

#224 ）※ イベント選別前

Data set 4. TASC 各層出力分布例（ X-1 層 , log

#9 ）

シャワーイベント検出例（ X層）

5

Data set 6. TASC 全層

トリガー効率の検証 • CALET の３種類のトリガーモード

• 各層の信号和の AND でトリガーをかける

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

トリガー層 High Energy Shower Trig.

Low EnergyShower Trig. Single Trig.

CHD X 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

CHD Y 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode X1 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode Y1 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode X2 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode Y2 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode X3 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode Y3 層 - > 0.7 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode X4 層 > 7.5 MIP > 2.5 MIP > 0.7 MIP

IMC-Dynode Y4 層 > 7.5 MIP > 2.5 MIP > 0.7 MIP

TASC 1 層目 > 55 MIP > 7.0 MIP > 0.7 MIP

IMC

TASC

CHD

High Energy Shower Trigger : 10 GeV 以上のシャワーイベント検出用 Low Energy Shower Trigger : 1 GeV 以上のシャワーイベント検出用 Single Trigger : シングル通過粒子の検出用（装置較正用）

6

トリガー効率の検証 • 外部トリガーで取得した全イベントに対する、　 IMC-Dynode のトリガーフラグの割合を検証

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

全トリガーイベントフラグの付いたイベントフラグの付いたイベントの割合

→ 内部トリガーの効率は閾値以上でほぼ 100%

Data set 3. IMC-Dynode Y4

7

ミューオン飛跡再構成• 各層における発光からミューオンの飛跡を再構成

1. 各層から最大発光点（ >0.1MIP ）（簡易 MIP 値換算後）を選択。

2. 最大発光点の光量が 0.1MIP 以上の場合は、　　その中心座標を飛跡候補点として採用。　　最大発光点および隣のファイバーの光量がともに 0.1MIP

　　以上の場合は、そのエネルギー重心を飛跡候補点とする。

3. 4 層すべてで候補点が見つかったら、直線でフィッティング。

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

> >

飛跡再構成模式図

ミューオン飛跡フィッティング例（ Data set 2. IMC1-4 層）

#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8

CHDIMC

8

ミューオン飛跡再構成

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

天頂角分布

9

Scin.1 を通過Scin1

Scin2

IMC

Scin.1 と 2 を通過（条件１）条件１かつIMC1-4 層を通過（条件２）条件２かつ全層発光（ >0.1MIP ）

• 試験データの解析結果では、　ー 飛跡再構成効率（ X,Y 各 4 層すべて発光したイベントの割合）は、 52.5 %• シミュレーション※による見積もりでは、　ー 幾何学的に、 2 枚のトリガーシンチレータを通過するイベントのうち、　　　検出器を上から下まで貫くイベントの割合は、 64.5 %

　ー ファイバーの不感領域（クラッド）を考慮すると、そのうち全層（ X,Y 各 4 層）発光する　　　イベントの割合は、 93.8 %

→ 現時点で 90%程度の再構成効率を確認し　　ているが、今後より詳細なシミュレーションと　　データ解析を実施して正確な評価を行なう

実験データ

※ 大気ミューオンの天頂角分布は cos2θ dSdΩ と仮定

IMC における各シンチファイバーの出力波高値（ 1MIP ）• 飛跡再構成によるミューオン通過位置情報から、各チャンネルのミュー

オン通過時の出力波高値分布を求め、 Gauss関数でフィッティングして1MIP 値を導出

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

全トリガーイベント飛跡通過イベント

ファイバーの出力値分布例（ Data set 2. IMC-layer#X-1, fiber #225 ）

1MIP 値の分布（ゲイン補正前）

※ イベント数の多い検出器中央部の1,600本（ 200本 ×X,Y 各 4 層）

Prelim

inary

10

Gauss関数によるフィッティング

1MIP: 186.3 count

ファイバー位置精度検証• 飛跡通過位置とファイバー座標とのずれの分布から、　各層の平均的なファイバー位置の誤差を推定

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

→ 層ごとの位置推定精度は ±0.3 mm 以内

layer X-1

layer X-2

layer X-3

layer X-4

layer Y-1

layer Y-2

layer Y-3

layer Y-4

横軸 ： xtrack – xfiber [mm]縦軸 ： Counts

11

Peak: -0.021 mm

Peak: 0.16 mm

Peak: -0.26 mm

Peak: 0.12 mm

Peak: 0.023 mm

Peak: 0.10 mm

Peak: -0.27 mm

Peak: 0.14 mm

Prelim

inary

結論 2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

CALET フライトモデルの機能試験として、大気ミューオン測定を実施。　 ー CHD 、 IMC1-4 層目、 5-8 層目、 TASC について個別に測定。　 ー 検出器上部の２枚のトリガーシンチレータのコインシデンスでデータ取得。

内部トリガーのフラグからトリガーシステムの健全性を確認。　 ー 閾値以上の出力をもつ全イベントに対して、ほぼ 100% の効率で　　　 トリガーシグナルを検出。

各コンポネント毎にデータを取得し、各チャンネルのミューオンシグナルを測定。　 ー シグナル波高値は、各センサーのゲインの違いを考慮すると期待通り。

ミューオンの飛跡を再構成し、飛跡の情報から IMC 各ファイバーの座標を導出。　 ー 層ごとのファイバーの位置推定誤差は、 ±0.3 mm 以内。

12

2014/09/19 JPS2014 年秋期大会＠佐賀大

End

13