K^+→π^+νν^^-稀崩壊実験の為のK/π弁別およびγ線検出用チェレンコフ検出器の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640299
• Research Institution: KEK, High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 小林 正明 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (40013388)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 章二郎 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (20044753)
• Keywords: チェレンコフ検出器 / K / π弁別 / K^+稀崩壊実験 / タングステン酸鉛 / シリコンストライプ検出器 / 前置増幅器

Research Abstract

タングステン酸鉛(PbWO_4,PWO)に3価の希土類イオン(La^<3+>,Gd^<3+>,Y^<3+>等)を1-8%程度ドープする事によって非常に重く(密度8.28g/cm^3)、応答が速い(2-3ns)チェレンコフ放射体が出来ることをビームテストで確認してして、この結果をNucl.Instr.Meth.誌に発表した(印刷中)。その後放射線耐性を日本原子力研究所(高崎)の^<60>Co照射施設でガンマ線の線量を1k、10k、100kグレイ(10メガラド)と変えて調べた。結果はまだ解析中だが、線量を変えても透過率の変化は小さく、予想通り100kグレイまで実用出来ることがわかった。今後K^+→π^+νν稀崩壊実験で使う事を検討している。
K/π弁別のもう一つの方法は運動量が有る程度わかっている場合、薄い検出器中でのエネルギーデポジットdE/dxを測定する事で、この為にシリコンストライプ検出器の開発も平行して行った。64x64mm^2、ついで92x92mm^2の大きさの検出器、前置増幅器、波形整形増幅器を開発、製作し、ビームテストをおこなった。結果は想像以上に良く、また動作が安定で有望である。シリコン検出器面に毎秒10^7個の高い頻度で荷電粒子が来ても動作が劣化しないように開発した。64x64mm^2の検出器のテスト結果をNucl. lnstr. Meth.誌に発表した(印刷中)。プラスチックシンチレーターの細い短冊状のものを並べるのが普通のやり方だが、それと比べて物質量を大幅に減らせる、信号が大きくエネルギーデポジットの分解能がかなり良くなりK/π弁別の能力が向上する、短冊の間の不感領域が全く無い等の優れた性能を持っている。この結果、CERNでの国際共同実験(DIRAC、PS212)で実際に使う予定で実機の製作の準備を始めた。BNLでのK^+→π^+νν稀崩壊実験(E949)で使う可能性も検討中である。

Research Products

• [Publications] M.Kobayashi et al.: "Silicon strip detector as a real-time, fast and medium-segmented hodoscope"Nucl. Instr. Meth.. (to be published). (2002)
• [Publications] M.Kobayashi et al.: "A beam test of PbWO_4 Cherenkov radiators"Nucl. Instr. Meth.. (to be published). (2002)
• [Publications] S.Adler et al.: "Search for the decay K^+→π^+π^0νν"Phys. Rev.. D63. 0320041-0320045 (2001)
• [Publications] M.Fujita et al.: "Optical anisotropy of exciton band and doping effect in sheelite PbWO_4 crystals"J. Phys. Soc. Japan. 70. 1439-1440 (2001)
• [Publications] M.Kobayashi et al.: "Scintillation characteristics of PbWO_4 single crystals doped with Th, Zr, Ce, Sb and Mn ions"Nucl. Instr. Meth.. A465. 428-439 (2001)
• [Publications] M.Kobayashi et al.: "A new heavy and radiation-hard Cherenkov radiator based on PbWO_4"Nucl. Jnstr. Meth.. A459. 482-493 (2001)