足付き GEM／ GEM付き micromegas

佐賀大学　大学院工学系研究科物理学専攻　１年青座　篤史

Good 　 point of GEM

The frame becomes a dead space.

Good point of micromegas

•Diffusion at the gas amplification is large

•Gain is large

•Gain is small

Weak point of GEM Weak point of micromegas

•The frame is necessary

•discharge

Damage to RO electronics.

•Easy to handle

Multi-layer structure

•Diffusion at the gas amplification is small•Danger of damaging RO electronics is a little.

GEM+micromegas（足付き GEM）

•Structure to combine GEM with micromegas

GEM+micromegas

gas amplification area

•Gain is large

•The danger of the electrical discharge is reduced.

amplification areaThe amplification area is kept away from the reading part.

•The frame is unnecessary.

micromegas

Micromegas

Pad

•Operation test in airThere were a lot of electrical discharges in a low potential difference(250V～ 280V） .

50μｍ

Result of electric field calculation by Maxwell3D

•It is a high electric field in the place where the insulator is near Pad.

•The insulator should be vertical to Pad.

micromegas

setup

ED ： 100[V/cm]

天板

Pad

Fe55 　（ 5.9keV ） Pad

•3.01cmピッチ（ Pad間隔 100μｍ）

足の形を円柱にしたメッシュの micromegasをテスト

Gas ： P10 ： 95 ％、 C4H10 ： 5 ％

200μ ｍ

50μ ｍ

15μm

The same method as saclay group

Operation test of micromegas(mesh ）

P10： 95％、 C4H10： 5％で 440Vまで印加でき、動作する事は確認できた。

GEM+micromegas（足付き GEM）

足付きGEM（サイエナジー社製）試作品

10 ｃｍ ×10ｃｍ

200μ ｍ

50μ ｍ

足の大きさ

Operation test

３ [ｃｍ ]

55Fe

Ed ： 100[V/cm]ΔVGEM ＝ 250[V]Pad~GEM ：250[V]

Setup

Gas ： P-10 （ Ar 　 90% 、 CH4 　 10% ）

6mm

0.1mm 1.17mm

Pad

Operation test

１ ２ ３ ４

It measures it by using six Pad.

Operation test

Setup

Pad

1mm

1.5cm

1.5cm

３ [ｃｍ ]

55Fe

Ed ： 100[V/cm]ΔVGEM ＝ 320[V]Pad~GEM ： 190 ～240[V]

Gas ： P-10 （ Ar 　 90% 、 CH4 　 10% ）

Pad ～ GEM： 240VPad ～ GEM： 230VPad ～ GEM： 220V

Pad ～ GEM： 210VPad ～ GEM： 200VPad ～ GEM： 190V

55Fe

Ar ： CH4=80： 20

Ar ： CH4=70： 30

Ar ： CH4=60： 40

Ar ： CH4=50： 50

Ar ： CH4=40： 60

Ar ： CH4=30： 70

Ar ： CH4=20： 80

The mixture ratio of the gas was changed.

Ar ： CH4=0 ：100

Ar ： CH4=90： 10

Ar ： CH4=95： 5

これまでの測定で使っていた足付き GEM もう 1枚の足付きGEM

resolution ： 0.13 resolution ： 0.10

Ed ： 100[V/cm]ΔVGEM＝320[V]Pad~GEM： 210[V]

Gas ： P-10 （ Ar 　 90%、 CH4　 10%）

•Result of measurement動作することは確認できたが、再現性がない。

Summary

•Gain is large was able to be confirmed.

•no reproducibility.

詳しくはまだ解っていないが、足付き GEMは micromegasに比べて構造が厚いため足付き GEMをフラットにするには静電力が十分ではないようで、空気中で印加した様子では、読み出し Padに張り付いてフラットになっているようには見えなかった。今後、この問題を改善したい。

Question concerning Garfield

ION 　 FEEDBACKelectron ion

Avalanche

losses

Feedback

GEM 　 GATE

ion

GATE 電子を通すときとは逆の電位差にしてイオンをここで止める。

Question concerning Garfield

GATE

electron

Ｑ 1

Ｑ 2

Q2/Q1ができるだけ 1に近くなるセットアップ（ ΔVGEM、 hole、 GAS）を調べる

•Garfieldで電子をモンテカルロドリフト　させて Q2/Q1を評価する。

step

•step size　 Interval when position of electron is updated

　 Step size is specified by the number of collisions and length.

Question concerning Garfield

•The calculations are stopped if the number of step reaches the maximum number of steps allowed

•It reaches the maximum number of steps before the particle reaches the electrode if the step size is too small.

•If the steps are too large, the method is inaccurate.

collection 　 efficiency

extraction 　 efficiency

1000

•length

Question concerning Garfield

extraction efficiencyextraction efficiency

collection efficiency collection efficiency

•Number of collisions

GAS 　 EFFECT

P-5Ar‐CO ２　 70-30 　

Measurement by Sauli

simulation

φ100μm

φ70μm

HOLE 　 DIAMETER 　 EFFECT

Measurement by Sauli

simulation