Sohtaro Kanda

MuSEUM Zero Field
1
Sohtaro Kanda /
2015. 11.12 at J-PARC
[email protected]
TBPM試験の概要
3/2夜からビームの予定であったがクライストロンの故障、
交換のため24時間lost．3/3夜9時から3/4朝9時まで実験
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2
シンチレータセットアップ
3
シンチレータを上流のガイドストッパーまで寄せた状態をz=0とした
ダミーフランジ固定用ブロックが見つからず、キャビティ用銅フォイルをカプトンテープで固定して代用した
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移動ステージ制御
zaberの移動ステージをzaber consoleで遠隔制御
カメラとシンチは送りネジのピッチが異なるので
回転数->距離の変換係数が違うことに注意
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4
CCD制御
5
CCD制御ソフトウェア上で連続撮影モードの設定を行えば同一
条件で自動撮影できることがわかった．外部入力制御もできる
ため移動ステージをうまく連動させれば完全自動化できる．
CCD温度は10度で制御
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CCD撮像
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典型的な撮像結果
四角く暗い領域はフォイル固定のカプトンテープ
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光量の位置依存性
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integral of CCD light yield
chamber上流端(z=0)
cavity上流端(z=75)
cavity中心(z=205)
27.4 MeV/c
28 MeV/c
chamber中心(z=225)
cavity下流端(z=300)
scintillator position (mm)
40 mm stepで往路測定，20 mmずらして40 mm stepで復路測定
往復時の再現性に大きな問題は見えず，移動機構の自動化は成功している模様
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mm
ビームプロファイル
8
mm
シンチレータの背後にある銅フォイル固定用のカプトンテー
プ部分が暗くなり分布に構造を生じている．フィッティング
範囲はこの構造の内側に限定される．
28 MeV/c, 40 mm, 5 data merged, fitting rage +-27 mm
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mm
1次元射影
9
40 mm
70 mm
120 mm
mm
pixel->位置の変換係数が以前と異なるため実際の大きさ通りになっていない
シンチレータの直径は180 mmになるはず(120/180=2/3倍になっている)
カプトンテープを避けた場合のfitting rangeは+-35 mm程度
カプトンテープ以外にも小さな構造があり，これを避けるとfitting rangeは+-20 mm程度
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フィッティング
mm
10
mm
28 MeV/c, 40 mm, 30 sec x 5 data merged, fitting rage +-27 mm
2次元Gaussianでfitting
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2次元Gaussianによる解析
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fitting range: -35 < z/mm <35
x
sigma (mm)
height
140,000
105,000
70,000
40
30
20
10
35,000
0
y
0
75
150
225
300
scintillator position (mm)
2D Gaussian Height
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0
0
75
150
225
scintillator position (mm)
2D Gaussian sigma
300
2次元Gaussianによる解析
12
fitting range: -30 < z/mm <30
sigma (mm)
height
140,000
105,000
70,000
30
20
10
35,000
0
40
0
75
150
225
300
scintillator position (mm)
2D Gaussian Height
2015. 11.12 at J-PARC
0
0
75
150
225
scintillator position (mm)
2D Gaussian sigma
300
2次元Gaussianによる解析
13
fitting range: -25 < z/mm <25
70
sigma (mm)
height
120,000
90,000
60,000
35
17.5
30,000
0
52.5
0
75
150
225
300
scintillator position (mm)
2D Gaussian Height
2015. 11.12 at J-PARC
0
0
75
150
225
scintillator position (mm)
2D Gaussian sigma
300
2次元Gaussianによる解析
14
fitting range: -25 < z/mm <25
sigma (mm)
height
120,000
90,000
60,000
45
30
15
30,000
0
60
0
75
150
225
300
scintillator position (mm)
2D Gaussian Height
2015. 11.12 at J-PARC
0
0
75
150
225
scintillator position (mm)
2D Gaussian sigma
300
2次元Gaussianによる解析
15
fitting range: -20 < z/mm <20
sigma (mm)
height
120,000
90,000
60,000
37.5
25
12.5
30,000
0
50
0
75
150
225
300
scintillator position (mm)
2D Gaussian Height
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0
0
75
150
225
scintillator position (mm)
2D Gaussian sigma
300
2次元Gaussianによる解析
■
結果がフィッティング範囲に依存する
■
2次元分布で一度にフィッティングしようとすると，分布の1 sigma
よりも狭いフィッティング範囲を設定せざるを得ない
■
z>180 mmでうまくいかないことが多い
■
結果の一覧はspreadsheetにまとまっている
https://docs.google.com/spreadsheets/d/
1kDzaKtYPIFRMVCJTsR5DwbkxOAA1K0lsGKQDmGiRM1c/
edit#gid=1825292119
■
シンチレータの上流面に黒い紙を張るなどして，カメラが背後の構
造を見ないようにする必要がある
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16
Note
■
17
本来は2D Gaussianで一度にfittingしたほうがよいが、今回のデータ
ではそのような解析で正しい結果を得ることは難しいと思える
■
シンチレータ越しに見えてしまうカプトンテープによる構造を避け
て、1D Gaussianをx, yそれぞれに仮定してfittingすれば対応可能
■
px->mm変換のscaling factor, ビーム中心の補正を行ってから1D
Gaussianによる解析を試みる
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スケール補正
18
シンチレータの直径が180 mmとなるようpx->mmの変換係数を修正
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中心補正
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ビーム中心が(x, y)=(0, 0)となるように平行移動
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ビームによる発光量の評価
20
光量分布を2次元Gaussianと
仮定する
光量はheight * sigma_x *
sigma_yに比例する
高さとx, yの幅が求められれば
よいので全体を一度にfittingす
る必要は無い
1. ビーム中心近傍を使って高さ情報を得る
2. カプトン枠の内側、外側から典型的な点をサンプリングしてx, y
それぞれの1次元分布をつくり，そのfittingから幅の情報を得る
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エネルギー補正
1.965
1.86888
1.77276
1.67664
1.58052
1.4844
1.38828
1.29216
1.19604
1.09992
1.0038
0.90768
0.81156
0.71544
0.61932
0.5232
位置に対する線形な依存性を仮定して
ミューオンの運動エネルギーを評価，補正
G4
MeV
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
21
28 MeV/c
Kr 1.0 atm
mm
muon kinetic energy as a function of position
zero is the most upstream
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x, y1次元射影
vertical position (mm)
22
horizontal position (mm)
x, yそれぞれ
binx=422-426，biny=212-216で5bin幅の射影をとった
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カプトンテープ部の除去
vertical position (mm)
23
horizontal position (mm)
誤差棒付きの点だけがfittingに寄与している
Gaussian+pol1を仮定
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z=40 mm, 28 MeV/c
Fitting
24
z=60 mm
z=80 mm
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Fitting
25
z=100 mm
z=120 mm
2015. 11.12 at J-PARC
Fitting
26
z=140 mm
z=160 mm
2015. 11.12 at J-PARC
Fitting
27
z=180 mm
z=200 mm
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Fitting
28
z=220 mm
z=240 mm
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解析結果
29
vertical
horizontal
Gaussian height
600,000
x, yともにそれらしいheightが得られたので，
今回は2D Gaussianのheightに相当する量は
450,000
これらの平均値を用いることにする
300,000
150,000
0
0
75
150
225
300
Scintillator position (mm)
2015. 11.12 at J-PARC
解析結果
30
Gaussian mean (mm)
vertical
horizontal
15
7.5
0
-7.5
-15
中心が系統的にずれていくことは
カメラ系に傾きがあったことを意味する
-22.5
-30
0
75
150
225
Scintillator position (mm)
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300
解析結果
31
Gaussian sigma (mm)
vertical
horizontal
60
45
30
fittingがうまくいっていない
15
0
0
75
150
225
Scintillator position (mm)
2015. 11.12 at J-PARC
300
XY-mean of Gaussian height * sigma_x *sigma_y
解析結果
32
○ before energy cor.
○after energy cor.
400000000
300000000
200000000
100000000
0
fittingがうまくいっていない
0
55
110
165
Scintillator position (mm)
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220
解析結果
33
stopping number
40000000
30000000
20000000
10000000
0
fittingがうまくいっていない
-10000000
-20000000
-30000000
0
45
90
135
Scintillator position (mm)
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180
Note
■
34
1D Gaussian x2で解析した場合もzの大きい=下流側の領域では
fittingがうまくいかない
■
Gaussianの中心値でカメラ系のアライメントずれが見えている
■
垂直分布はカプトン領域の外側で非対称な形状になっている一方で
水平分布は比較的対称性がよい
■
銅フォイルとアルミは光の反射率が異なるため，カプトンテープ帯
の内外で反射光の強度が異なることが予想される
■
■
なので1D Gaussianでそのままfittingしてしまうのは正しくない
D2はやや
平なビームプロファイルのはずだがx, yのsigmaはほぼ等
しい
■
FBPM, フォイルの散乱によるものか
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シミュレーション結果
35
stopping center~150 mm
chamber中心(z=225)
cavity中心(z=205)
cavity上流端(z=75)
28 MeV/c, Kr 1.0 atm
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mm
シミュレーションとの比較
36
40000000
30000000
20000000
10000000
0
-10000000
-20000000
-30000000
0
30
60
90
120 150 180
Scintillator position (mm)
解析が正しいとするとstopping centerはキャビティ入り口近傍で計算よりかなり上流にある
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Note
■
37
1D Gaussian x2で解析した結果によればstopping centerはG4計算
よりも上流にある
■
実験ではKrではなく空気を使ったので実験のほうが物質量的には
軽くなっているはずだが傾向は逆
■
G４ではFBPMは300 umで実装されており，実際のFBPMの厚み
も310 um程度なので大差ない．空気層の厚みもほぼ同等
■
測定系に改善の余地がある
■
シンチレータ背面の遮光
■
シンチレータ位置を把握するためのマーカー
■
より角度ずれの少ないアライメント方法
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38
Supplements
TBPM date set
Data
39
Scint. pos.
Exposure time
0 to 280 mm
30 sec (0-180 mm)
1 min (180-280 mm)
28.0 MeV/c
0 to 280 mm
30 sec (0-180 mm)
1 min (180-280 mm)
Timing scan
0
Dark noise
0
27.4 MeV/c
レンズ絞り全開，ゲート幅100 ns，ゲートtiming調整済み
IIFゲイン最大
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