Development of a 3D total absorption calorimeter using energy spliting method

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K03988
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小寺 克茂 大阪大学, 理学研究科, 招へい研究員 (60448074)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: カロリメーター / 高エネルギー実験 / 光検出器 / 入射角 / Kaon / split

Outline of Annual Research Achievements

COVID-19 のため，かなりの研究制約があったが，以下の進展を得た．
本研究は高いエネルギー分解能を保持するために全休吸収型カロリメータ方式（カロリメータ内粒子の時間発展を見るためには，検出能力はないが粒-物質反応を進める高密度物質を挟むタイプ--サンプリングカロリメータが一般的）をとりつつ，シャワーの時間発展観測に挑戦している．そのために2020年度に行った研究の成果は：
1. 検出面積 1.2x1.2mm^2 の微少光検出器に0.5x0.5mm^2長さ180mmの シンチレーションファイバーをつけてたものを8set 並べて幅 4mm 厚み 0.5 mm の検出器２台を作り，その基本的性能試験を行った．非常に小さな光検出器(MPPC HPK) だが，0.5x50.5mm^2 のファイバーにはまだ大きなデッドボリュウムを生じるので改善の余地がある．
2. 東北大学電子光理学研究センターの電子ビームを使い，性能の実証実験を試みた．ADC により，2 ns 毎の光量を測定し，期待される最小電離粒子のエネルギー分布を得た．
3. 1000 mm 程度の長いプラスティックシンチレータの間に シンチレーションファイバーを入れてエネルギーを取り出し，横方向の情報を得る研究を Monte Carlo シミュレ＿ションで行ったが，エネルギー広がりの安定性が予想より悪く，期待する入射角測定には何か工夫が必要であることがわかった．
1.ではシンチレーションファイバーの成型精度が非常に高く，それを並べて板状にできることが確認でき，光検出器の選択の目処もついた．2 では 500 MHz アナログデジタルコンバータで光検出器の速いパルスに対応できることを確認した．さらに電子ビームを用いて，精度のよい位置測定が可能であることを確認できた．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

COVID-19 により，研究活動が制限された．
入社粒子のシャワーの変動が思いのほか大きく，その対処法を考えている．

Strategy for Future Research Activity

1. 粒子がカロリメータに入射するときにできるシャワーの再現性を研究し，横方向に読みださすファイバーの数の最適化を徹底する．
2. より小さな 光検出器を用いたプロトタイプを試みる (例: LHC-B ファイバートラッカーに用いられている MPPC )
3. 長さ 180 mm の 断面積 0.5 x 0.5 mm^2 ファイバーと光検出器，その読み出しの性能を確かめたので，次は検出光量のファイバー長依存性を調べ，それによって，どのように使うかを考察する．

Causes of Carryover

COBID-19 により活動が抑えられ，MPPC 200個と，対応するシンチレーションファイバーの購入に至らなかった．次年度は type 選定を行い．本年度で買えなかったMPPC 200個のタイプを決め，対応するシンチレーションファイバーとともに購入を予定している．