2023 Fiscal Year Annual Research Report
Micro spectrometer with superfine pixel sensors
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20H01922
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
幅 淳二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 特別教授 (60180923)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
住澤 一高 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (40379293)
中村 克朗 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (60714425)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ピクセル検出器 / マイクロスペクトロメータ / 運動量 / ネオジム磁石 / KEK-ARテストビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度末に実施したKEK-AR電子ビームによるテスト実験の結果についてデータ解析を進めた。実験は１－４GeVのビームをネオジム永久磁石を鉄ヨークに貼り付けたC型双極磁石とその前後に2層ずつのピクセル検出器を設置したマイクロスペクトロメータシステムへ導入することで行われた。
磁石前のピクセル検出器2層で入射トラックを同定して、磁石を通過したその延長上のピクセル検出器面内で、直線延長した交点と実際のビーム粒子通過点との残差を計量することで、運動量の測定とした。これ以外に磁石前後の２層それぞれで入射軌跡と出射軌跡を独立に測定して、その二直線が磁石中心で交わる角度を計量とすることも試みたが、運動量精度として、多重散乱の影響が小さくなる前者がわずかに優れていることから、以降は前者による評価のみを述べる。
今回使用したピクセル検出器は一層の厚みが300ミクロンと薄化処理が十分でないため、４GeV/cの運動量を持つ電子であっても大きな多重散乱が予想された。その量は磁石を設置しない状態で評価することができ、下流に置かれたピクセル検出器面上で4GeV/c電子に対して70～80ミクロンの残差分布の広がりとして確認できた。これはピクセル検出器が本来持っている2－3ミクロンの測定精度に比べて極めて大きなものであり、スペクトロメータの性能がほぼこれによって決していることが、あらためて認識された。
さらに磁石を設置しての残差測定では、その平均が400ミクロンシフトしており磁場による軌道の偏向が測定できることが示された。分布の広がりは88ミクロンとなり磁場のない状況よりさらに広がることが見えたが、これは入射ビームの運動量広がりと磁場強度の非一様性が影響しているものと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
有効エリア14x8.7㎜^2のピクセル検出器を4枚を使って、ネオジム磁石による双極電磁石（中心ピーク磁場強度3.6kG)と組み合わせることで、外寸15㎝ほどのマイクロスペクトロメータを製作することができた。これを使って４GeV/cの電子に対して精度20％程度で運動量の測定ができることを示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずはテストビームによる実験の結果をシミュレーションにより、きちんと再現することで、スペクトロメータとしてのふるまいを完全に理解することに努める。これによって、シミュレーションプログラムの精密化が可能となりその後のスペクトロメータ応用研究において、その予測の信頼性を高めることができる。
高精度化したシミュレーションを用いて、低エネルギーベータ線測定への応用およびサイズメリットが特徴となる10GeV/c粒子を相対的に高精度で測定する可能性について、その限界を追求する。
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