MEG 実験用液体 Xeγ 線検出器用 光電子増倍管について Ⅱ
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MEG 実験用液体 Xeγ 線検出器用光電子増倍管についてⅡ
山口敦史
早大理工総研 , 東大素粒子セ A, 高エネ研 B, BINP-NovosibirskC, INFN-PisaD, PSIE
岩本敏幸 ,A 内山雄祐 A, 大谷航 A, 小曽根健嗣 A, 菊池順 , 古田島拓也 , 澤田龍 A, 鈴木聡 , 寺沢和洋 , 名取寛顕 A, 西口創 A, 春山富義 B, 久松康子 A, 真木晶弘 B, 三原智 A, 森俊則 A, 山下了 A, 山田秀衛 A, A.A.GrebenukC, D.GrigorievC, Y.YuriC, D.NicoloD, S.RittE, G.SignorelliE
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CONTENTS
Bleeder 回路について Zener diode について PMT(with Zener diode) test まとめ
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Bleeder 回路についてMEG 実験で用いられる PMT の Bleeder 回路パーツには ・液体 Xe 中( ~165K )での安定した動作 ・液体 Xe 中に不純物を放出しないことが必要とされる
実装以前に単体での動作検証を行った(液体窒素中で抵抗値、コンデンサーの電気容量を測定し、耐圧についても試験)
ケーブル:液体 Xe を汚さず、かつ熱の流入を防ぐことが必要 ・テフロンジャケットで覆う ・極力細いものを使用
液体 Xe 中で PMT を用いるため、発熱量を抑えることが求められる 発熱量を抑えるために、抵抗値の高い Bleeder 抵抗を使用 (14.2MΩ)( PMT に 1kV 印加したとき: ~70mW )cf. 一般的な PMT の bleeder 回路抵抗 : 2~3MΩ
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Bleeder 回路について
1μA横軸: number of photoelectron per sec縦軸: [alpha peak w/ BG] / [alpha peak w/o BG]
これまでの MEG PMT Bleeder 回路ではHigh rate background ( ~1μA )によって PMT 出力の直線性が失われることが確認された (このときの Bleeder 回路電流: ~60μA )
Bleeder 回路に流れる電流の不足⇒ 後段ダイノードでの電圧降下が生じ、その 低下分が他ダイノード間に分配される形とな り、感度 (gain) が見かけ上大きくなる
R1 : 2MΩR2-12 : 1MΩR13 : 1.2MΩ
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Bleeder 回路について
Neutron , muon radiative decay等による MEG 実験の background level : ~2μA(107p.e/sec) と見積もられた (T.Iwamoto : 27aSB-6 , Y.Hisamatsu : 29aSB-3)
⇒ より PMT に high rate background 下での耐性を持たせることが必要
High rate background 下で PMT の出力直線性を改善するには? 光電流が流れた場合のダイノード間電圧変化を最小にすることが必
要
① Bleeder 回路電流を増加させ、 Bleeder 回路電流に対する平均陽極電流の比を小さくする
② 終段付近に Zener diode を使用し、電極間の電圧を安定させる③ 陽極付近のダイノード数段に外部の別電源から直接電圧を供給する
(ブースタ方式)などの方法が挙げられる
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Bleeder 回路について
MEG PMT(final design)bleeder 回路では後段ダイノードでの電圧低下を防ぐととも、 Bleeder 回路での発熱量を抑えるために Zener diode を入れる
⇒ High rate background 耐性の向上が期待される
NEC RD68S RD82S
R1 : 2MΩR2-12 :1MΩR13 : 1.2MΩ
R1 : 2MΩR2-11 : 1MΩR12,13 : 2MΩ
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Zener Diode 低ノイズ Zener diode (recommended by HPK) プラスチックパッケージ 電気的特性 (T=25°C)
Type Zener 電圧 [V] Min Zener 電圧 [V]Max
温度係数 .[mV/°C]
RD68S
64.00 72.00 ~70
RD82S
77.00 87.00 ~83
Zener diode
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低温中での Zener diode の電気的特性NEC Zener diode の電気的特性を常温、ならびに Liq.N2 中で測定
Set up:
NEC RD68S, 82Sそれぞれ2個のサンプルについて測定
測定結果低温中で機械的な損傷がない⇒ Liq.Xe 中使用可能低温中においても、 Zener 電圧の立ち上がり特性が sharp であるZener 電圧が ~13V 低下⇒ Reasonable (温度係数 )
Measured by Hiroaki NATORI
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PMT(with Zener diode) test @ Liq.Xe
Xe タンク
純化装置 (Oxisorb)
PMT Test facility @Univ. of Tokyo
チェンバー
液化時の Xe の流れ回収時の Xe の流れ
Xeタンク 純化装置 チェンバー
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PMT(with Zener diode) testCondition & Procedure
PMT(final version) :HV 900V , 1*107 gaincurrent @ zener diodeR68S ~38microA R82S ~32microA
Alpha event DAQ (without BG ) Alpha event DAQ (with BG)
(Rate dependence Test)
Experimental setup
PMT には、 zener diode が充分 zener領域に入る電圧を印加し、 LEDを BG源として alpha event の DAQを行った
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PMT(with Zener diode) testgain calibration
Gain(LED を使用して calibration)
200
2
2
)( σσ
σ
MMc
eg
eM
cg
g: gainc: ADC least countσ: standard deviationM: mean of ADC spectrume: elementary electric charge
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PMT(with Zener diode)test結果@ Liq.Xe
Rate Dependence Test 1*107gain
5 [μA] Back Ground まで安定した出力 (1%)
Background level 1μA
Alpha @B.G. ON/ Alpha @B.G. OFF
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まとめ
低温中で Zener diode が動作することが確認された 低温中において Zener diode の電気的特性が測定された PMT(with Zener diode) において、 background が 5μAま
では安定した出力が得られ、 MEG 実験においても安定した出力を得ることが期待される
今後の予定 Large prototype に PMT(2nd version)および、 PMT(final v
ersion) を入れ(作業済)、 PSIでの Beam test を行う予定である