関谷洋之 　 2012 年 3 月 27 日 日本物理学会第 67 回年次大会 ( 関西学院大学 ) 　

GEM/μPIC を用いた真空紫外イメージング検出器 VI

日本物理学会 第 67 回年次大会2012 年 3 月 27 日　関西学院大学　

関谷洋之東京大学宇宙線研究所

窪秀利 , 谷森達京都大学理学研究科

黒澤俊介 , 柳田健之 , 横田有為 , 吉川彰東北大学多元物質研究所

福田健太郎 , 石津澄人 , 河口範明 , 須山敏尚株式会社トクヤマ

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Introduction UV シンチ＋ＣｓＩ＋ＭＰＧＤ＝硬Ｘ線イメージャー

LaF3(Nd3+ 8%mol) λ=172nm,τ= 6ns

ガスイメージング装置CsI 光電面

VUV シンチレーター 10cm 　 μPIC 　＋ GEM

241Am2.6MBq 照射

初めは 5.5MeVa 線源でのイメージング

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高光量シンチレータの開発 Nd dope したフッ化物結晶 Nd:LuLiF4, Nd:LuF3

LaF3 LuF3LuLiF4

1.0 : 2.1 : 2.6

Crystal Z Density[g/cm3]

Wavelength[nm]

Decay time[ns]

Nd:LaF3 53 5.9 173 7

Nd:LuLiF4 64 6.2 183 12

Nd:LuF3 66 8.3 178 10

PMT 浜松 R8778(QE=30%)による測定

→LaF3 に比べた光量• LuLiF4 は 2.1 倍 • LuF3 は 2.6 倍

5.5MeV α( 241Am)

10mm

5mmt

3

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57Co 122keV g によるイメージング

X 線でのイメージング実証へのステップ◦QE は未だ低いが、検出効率はガス検出器に比べて

向上 4

57Co (122keV g) f=5mmUV photon

photo electron

54mm

34mmInsensitive region

Nd:LuLiF4 に直接 CsI を蒸着したwindow

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講演内容

量子効率の向上◦理研→浜松の新反射型光電面を入手◦Ne ベースのガスでの QE 測定

長期動作試験

これらを評価するためのセットアップの構築

• 地下から地上へ• Nd:LuF3 光源の評価と QE 評価のための DAQ• Ne ベースガスの露点モニターとゲッターの導入

課題

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基準光源としての Nd:LuF3 の評価

QE の分かった検出器 (PMT) での測定

5mmt

10mm

5.5MeV α( 241Am 3kBq)

LuF3 の発光波長スペクトル

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2 種類の PMT での比較 R7281(ZK0777)

◦ Bialkali 光電面 , MgF2 窓

R6835(PA0138)◦ CsI 光電面 , MgF2 窓

QE 30%@178nmQE 1%@178nm

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ガス用の DAQ でデータ取得5×105 ゲイン ( ブリーダをカスタマイズ 50Ω termination)

◦アンプ クリアパルス CP581 　 0.2V/pC に改造◦FADC 　 CAEN DT5724 　

250mV→1.56×107electrons→31p.e. 6mV→3.8×105electrons→0.8p.e.QE(R6835)/QE(R7281)= 1/30 を確認

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ガスの純度 (H2O 不純度 ) モニター

封じ切り容器中の CsI 劣化要因の H2O 量を抑える◦長期測定や、ガス依存性等を測定するのに不可欠 容器の中身

◦ SUS 容器◦ バイトン O-ring 　 ( 良くないだ

ろう )◦ uPIC/GEM◦ PEEK フレーム、ネジ◦ SHV,BNC セラミックフィードス

ルー◦半田◦ カプトンテープ◦ 10kV耐圧シリコン被覆導線◦ MgF2 窓◦銅電極

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封じ切り容器での測定

TMP で 2 日間真空引き→　 5×10-4Pa

Ne(95%)CF4(5%) を0.105MPa 導入

封じ切って露点を測定◦ CP 80268 　 data logger

露点計

圧力計

温度計

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露点温度

ガス温度

絶対湿度

容器ゲージ圧

初期のゲイン変動にも影響？

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ゲッターの導入 SAES 　 CapaciTorr D-400-2

◦ 3nm 金属メッシュフィルター◦ 5×10-4Paまで引いたあ

と、 Ne(95%)CF4(5%) を 0.105MPa導入

◦ 高純度ガスポンプで 1.2L/min で循環

検出器容器

圧力計

フィルター

真空ポンプ

露点計

循環ポンプ SAESゲッター

温度計

マスフローコントロー

ラ1.2L/min

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露点温度

ガス温度

絶対湿度

容器ゲージ圧

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絶対湿度：封じ切り

絶対湿度：封じ切りゲッター循環

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まとめと今後Nd:LuF3 結晶を用いて量子効率を評価する系を

確立した。ゲッターを用いることで、封じ切りガス循環で

長期純度を保つ (H2O を抑える ) 手法を開発した。→ICF フランジの真空容器→PMT のようにタブレット型 Getter の導入→ 地下へ戻る？

量子効率の評価◦新反射型光電面の評価◦Ne ベースのガスでの最適

化長期動作試験

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Extra 　 slides

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透過型 CsI 光電面によるセットアップ

透過型光電面◦5t 　 MgF2 窓◦Al 電極　エッジ＋ 10mmヒゲ◦CsI 蒸着 50mm o(10nm)

QE～ 1%

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反射型 CsI 光電面によるセットアップ反射型光電面

◦10cm 　 100μm 　 LCP 　GEM

◦2μmNi 、 0.2μmAu メッキ◦CsI 蒸着　 o(100nm)

QE～ 3%

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X=50.9 mm

ハイブリッドイメージング検出器シンチレーター窓

φ54mm Ni contactCsI active area φ34mm

241Am (5.5MeV a) f=2.5mm

UV photon

photo electron3mmt Nd:LuLiF4

3.5mm

s =3.4 mm

X=54.3 mm

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今後の計画量子効率の向上

◦改良反射型光電面 by 浜松◦Ne ベースのガス◦低圧での動作

mPIC Micromegas

新結晶と X 線イメージングLAr/LXe での使用

JINST 5 (2009) P10002

CsI

Bersikin et al., NIMA 　 442(２０００ )５８

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LAr/LXe + CsI

希ガスシンチレーターの発光波長 CsI の短波長での QE

A.Breskin NIMA 371(1996) 116

Liquid Ar + CsI の組み合わせ？

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Readout systemNIMA 513(2003) 94

ASD chip for ATLAS TGC 0.8V/pC

Position Encoder FPGA x 3 100MHz clock

Obtained image

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GEM::SMASHΦ70μm 　ピッチ 140μm 　　　 10cm×10cm 　 100μm 　 LCP

×150 倍対物レンズ（カラー＋レーザー）

×20対物レンズ（レーザー）

KEYENCE 　 VK9700 カラー３ D 　レーザー顕微鏡

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μPIC::μPIC-SE 400μmピッチ、 10cm×10cm 16ch+16ch読み出しの μPIC-SEさらに 4ch+4ch読み出しで使用

×20 倍対物レンズ（カラー）

×20 倍対物レンズ（ 3D レーザー）