ゲート機構

LC-TPCについて
なぜILDではTPCなのか？
なぜMPGDなのか？
ゲートとは?
与那嶺 亮 (KEK)
飛跡検出器を運動量測定装置として使う
検出器断面
Lorentz力
fµ = j Fµ
x
--> F = e(E + v
B)
運動方程式から
p = eBR
衝突点
L
R
どうやって軌道半径を求めるか？
2
R = (R
R
2
x) + (L/2)
x とすると
eBL2
p⇡
8x
2
L2
R⇡
8x
実際には、飛跡を多数の測定
点を検出することにより、
もっと良い精度が出せる。
☆位置測定は、ガウス分布の誤差をもつので、運動量に関しては 、 1/p でプロットするとガウス分布になる。
p
p
2に反比例して改善する。
/
x
☆ 運動量が大きくなってくると悪化する、BL
2
p
BL
TPC と 半導体飛跡検出器
SiD : Bとδxで勝負
ILD : Lで勝負
運動量分解能は同程度の精度が達
成可能であるが、飛跡再構成のし
やすさでは測定点が連続的にあっ
た方が有利。
TPCを運動量測定装置として使う
磁場をかけるとTPCには都合が良い。
信号電子のドリフトする際に起こる拡散を抑える
役割を果たす。
-->2mドリフトさせても位置分解能を維持できる。
読み出しは、パッド(1mm×5mm)を層状に配列し、
各層ごとに電荷重心を取ることによって複数点にお
いて位置測定を行う。
B
An
ode
Plane
(Readout)
Fi
eld
Cage
Rings
Ca
tho
d Pla
ne
E
Row1
Row2
Row3
Row4
ILD-TPCでは、200点以上の測定点になる。
(SiDでは５点)
なぜTPCを使うか？
PFAのことを
考えるとカロ
リーメータの前
にはなるべく
物質をおきた
くない。
TPCが最適
しかしILDならではの問題も
これまでに実績のあるTPCではMWPCが使われていた。
しかしILDでは磁場の強さが3.5Tになり、ワイヤー近傍で生じる
ExB成分による信号電子の広がりが無視できなくなってきた。
[mm]
Large ExB effect
2
MWPC, TDR, 4.0T, | |<4°, | |<30°
= 10 / n.d.f.=
5
0.6
CD/ N eff = 6.23 ± 28.6 [µm / cm],
x
Garfieldシミュレーション
0.7
0
= 290 ± 11.9 [µm]
0.5
(4Tの場合)
2
0.4
2
0
=
+ CD/ N eff
2
z
0.3
300 µm
0.2
4T
0.1
0
0
50
100
150
200
250
Drift distance [mm]
実際の測定結果(小型TPC)
位置分解能300µm程度のところで平らになっ
飛跡にそってできた電子がワイヤ-近傍で広がっている様子
ている(ExBによる広がりによる寄与が主と
なる)。
ILD-TPCでは100µmが目標。
MPGDを用いたTPC
高磁場中でもExB効果を抑える。
TPCの課題
TPCでは一様な電場と磁場が重要。
(1) フィールドケージ、カソード板の精度
(2) イオンフィードバックによるドリフト電場の乱れ
イオンは、荷電粒子がガス分子を電離させたときにできる
一次イオン
と、ガス増幅時に出てくる
一次イオン：低密度イオンが分布
二次イオン
ドリフト領域
がある。
増幅領域
二次イオン：高密度でイオンが分布(イオンディスク)
読み出し端板
イオンの影響に関する研究
D. Arai
結論：
1次イオンの影響は無視できる。
2次イオンは、無視できないほど影響を引き起こす可能性が
高い。
ゲートをつけると2次イオンの影響を抑えることができる。
--> ゲート機構を準備しておくことが必要。
ゲート機構
2次イオンがドリフト領域に逆流してくること(イオンフィードバック)を防ぐ。
ドリフト領域
ゲート(電場をコントロールして、開閉を行う。)
イオンフィードバック
信号増幅領域 (MWPC, MPGD)
信号読み出し (電極ストリップ、パッド、ピクセル)
P. Colas @ MPGD2013
これまでの結果
P. Colas @ MPGD2013