ガス検出器を用いた
低エネルギー不安定核ビーム実験
KEK 橋本 尚志
MPGD研究会@京都大学
低エネルギー不安定核反応の測定
(α,n)、(p,n)反応の直接測定
MSTPC –Multiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber251mm
dE/pa
d
反応
(200mm)
(30mm)
80mm
特徴
1. 注目する反応系にあわせてガスを選択できる
2. 広いエネルギー領域を一度に測定可能である
3. Active target方式を採用、検出効率はほぼ100%
4. イベントごとにチャンネルを分離して測定可能(飛跡検出器)
5.ゲーティンググリッドにより選択的にイベントを取得→104Hzまで安定
Resolution
Residual
Fitted line
8Li-beam
~16%(FWHM)
低エネルギーの測定を考えたとき…
X position
ビーム軸方向の分解能(1cm)
↓
1pad内でイベントが終わってしまい
イベント選別が困難
Energy loss
Pad number
Pad number
小さな断面積の測定
↓
~105Hz程度の打ち込み時の耐性
GEM+MSTPCシステムの採用
Roof
利点
1. GEMを重ねることで比較的容
易にガス増幅率が稼げる
→複数GEMを重ねることで
GEM
104~105を達成可能
2. 陽イオンの掃き出しがはやい
→本質的にレートに強い
3. padとanode wireのアライメント
を気にしなくて良い
→容易にピッチを小さく出来る
→位置分解能の向上
pad
同じ回路数で2倍の分解能
ピッチを容易に小さく出来る
8Li(α,n)11B反応測定を例に取ると…
P=200torr, He+CO2(10%),Ecm=0.3MeV
pad幅を1/3にした場合
イベントIDが可能な立体角(解析の効率)
60%
80%
レート耐性
新しいRNB加速実験装置
Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC)
104~106Hzの不安定核ビームを供給。
Estimation
6×105Hz/mm2のX-rayで問題なし
のガスゲインを仮定
electron-ion pair/sec/mm2
105
6×1010
4He
He+CO2(10%)の混合ガス(200torr)
ビーム(1MeV/u)を仮定
W値
42.5eV/electrom-ion pairs, energy loss12keV/mm →2.8×102
electrom-ion pairs×103(ガスゲイン)
~
3×105 electron-ion pair/event
ビームの空間的広がりを考慮すれば
105~106Hzはいけそう
まとめ
MSTPC
荷電粒子の3次元トラックとそれに沿ったエネルギーロスを
同時に測定。
→イベントセレクションを精度良く容易に行える。
位置分解能(x,z) ~0.2mm
エネルギー分解能 16%(FWHM)
104Hzまでは安定動作
将来計画
GEM+padのシステムを開発。上記性能に加えて
→ビーム軸方向の位置分解能の向上
高レート耐性(105Hz以上)を狙う。
2004
デザインワーク
試作機製作
2005
オフラインテスト
2006
ビームテスト
実戦投入
Corroborators
KEK
石山博恒 田中雅彦 渡辺裕 宮武宇也 平山賀一
今井伸明 渕好秀 鄭淳讃 吉川宣治 川上広金
片山一郎 野村亨
東理大
石川智子 中井浩二
原研
池添博 光岡真一 西尾勝久 松田誠 市川進一
Pranab Kumar SAHA
大阪大
古川武 出水秀明 下田正
大阪電通大 溝井浩 Suranjan Kumar DAS 福田共和
低エネルギー不安定核反応の測定
一般に安定核ビームに比べ低輝度
効率のよい検出器必要
target
9Be 42 mm
7Li(9Be,8Li)
純度99%
ビーム強度:~104pps
エネルギー:1~2MeV/u
全効率:~15%
数日間の測定で10mbの断面積を10%の精度で測定可能
エネルギーロスと粒子の軌
跡
α(8Li,11B)n 反応
弾性散乱
Gating Grid
P. Nemethy et al., NIM212(1983)273
ドリフト電子のコントロールにより
トリガーのかかった時のみガス増
幅をかけるシステム
Gating Grid の効果
Gating grid 使用前
波高変動~15%
Gating grid 使用後
波高変動<2%
10kppsまでの高レート打ち込みで安定動作する
8Li(α,n)11B反応測定結果
過去に行われた測定と比べ
中性子を同時測定した結果とは誤差内で一致
中性子を同時測定しない結果の60%
Ex in 11B averaged branching ratio
(MeV)
present
previous
0.0
20.1(21)
24.3(126)
2.12
6.6(12)
15.2(104)
4.44
10.1(22)
4.2(72)
5.02
17.8(27)
6.1(57)
6.74+6.79
18.9(27)
13.0(80)
7.29
13.2(15)
12.5(104)
7.98
11.7(12)
10.6(71)
8.56
2.4(05)
0.0(21)
8.92
14.2(67)
present: Ecm = 0.7 - 2.6 MeV
previous: Ecm = 1.5 - 7.0 MeV
ガス増幅率
現在のMSTPCのガス増幅率: 5.9×103 (He+CO2(10%)、P=150torr、Vanode=700V)
全エネルギーロス(~300keV)中CO2の担うエネルギーロス=~150keV
Heのみで同程度の波高を得るならば~1.2×104の増幅率が必要
GEM3枚重ねで希ガス100%(ArやXe)での報告あり。Heでも可能か?
レート耐性
新しいRNB加速実験装置
Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC)
104~106Hzの不安定核ビームを供給。
Estimation
6×105Hz/mm2のX-rayで問題なし
のガスゲインを仮定すると1×10-8 C/sec/mm2
105
He+CO2(10%)の混合ガス(200torr) 4Heビームを仮定
W値
42.5eV/ion pairs, energy loss12keV/mm(1MeV/u) →2.8×102
ion pairs×104(ガスゲイン)=5×10-13 C/event
ビームの空間的広がりを考慮すれば
105~106Hzはいけそう
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低エネルギー不安定核反応の測定