ＣＤＦ実験プラグ部電磁カロリメータ用

1、実験部電磁用光電子増倍管長期安定性研究筑波大學(xué)數(shù)理物質(zhì)科學(xué)研究科橋本就吾受川史彥、金信弘、武內(nèi)勇司、深見智代1物理研究會（）contentsCDF 実験、PEM長期安定性測定目的Setup測定結(jié)果及今後予定2物理研究會（）実験PEM近郊國立加速器研究所加速器TEVATRON行高素粒子実験。陽子反陽子衝突重心系 1.96TeV瞬間最高 3.5x1032cm2s-1衝突斷面積 50mb積分 6.5fb-1粒子検出器CDF検出器用、精密測定、B粒子物理様研究行。CDF検出器全體図CDF検出器斷面図3部電磁（部電磁（PEM）Wave lengthshifter fiber Clear fiber22

2、layersPMT部設(shè)置電磁光子電子測定PEMf方向24分割20分割4.5mm厚鉛4mm厚22層22層信號1本光電子増倍管入力浜松社製R4125G光電面 : : 型10段増幅率 : 3x105（at HV:1000V）最大陽極電流: 100 mAWLSF発光波長：500nm（緑色）4物理研究會（）光電子増倍管長期安定性測定目的光電子増倍管長期安定性測定目的Run II environment of PMTs located in PEM最典型的衝突PEM入射p0PMT及條件考平均入射光電子（103）入射頻度（MHz）陽極電流（A）=3.00 to 3.49 30.253=1.10 to 1.2

3、0 0.30.0250.03( Gain=2.5 x 104 , Luminosity 1032cm-2s-1計算)R4125G光電子増倍管使用條件大異。様使用條件長期的出力変動調(diào)必要。目的長期的使用光電子増倍管出力変動調(diào)。入射光電子數(shù)、増幅率、陽極電流関使用條件変動影響與、出力変動再現(xiàn)性等測定。5物理研究會（）測定測定Setup光源：緑色LED (500nm)最大16本光電子増倍管固定箱光量調(diào)節(jié)：N.D.LED安定性： H7195、H1161GS溫度濕度：恒溫槽20, 60%保DATA取得VME用。10Hz0.25MHz出力安定性測定。各條件2本計8本R4125G設(shè)置。光量用H7195,H1

4、161GS計3本。10回1回、測定行。#PEs/pulseGAIN（ （104） ）Anode current（ （A） ）典型的CDF実験狀況500 2.50.5光量5倍 2500 2.5 2.5光量5倍 Gain1/5倍 2500 0.50.5光量1/5倍 Gain 5倍 100 12.50.5Conditions11PMTs (500nm)(VME)FPGA作成作成RRRXXXXXSetup枠設(shè)置PMTPEM用光量用測定用PMT7LED発光強度発光強度用光電子増倍管平均入射光電子數(shù) = 0.3程度設(shè)定。入射光電子數(shù)0個時確率測定、確率入射光電子數(shù)平均値計算、光量行。mm eP)0(平均入

5、射光電子數(shù)時光電子入射確率測定結(jié)果入射光電子數(shù)0個數(shù)N0Ntotal、P(0)求。totalNNP0) 0(mtotalNN0lnm平均入射光電子數(shù) 求。Npe=0.32thresholdZero-photoelectron PeakSingle Photoelectron PeakOutput chargeADC countsN0Ntotal# of events8物理研究會（）LED安定性安定性長期測定入射信號頻度高頻度(0.25MHz)低頻度(10Hz)変行。高頻度、光増加。光量以內(nèi)安定。他本同様変動。結(jié)果R4125G入射光量補正。10H 0.25MHz0%5%10%15%5%10%15

6、%入射光電子數(shù)Time Hours9物理研究會（）R4125G出力電荷変動結(jié)果出力電荷変動結(jié)果（ （condition） ）10Hz0.25MHz典型的CDF実験狀況0%10%10%20%20%0%10%10%20%20%10R4125G出力電荷変動結(jié)果出力電荷変動結(jié)果（ （condition） ）10Hz0%10%10%20%20%0%10%10%20%20%光量5倍0.25MHz115程度上昇程度上昇R4125G出力電荷変動結(jié)果出力電荷変動結(jié)果（ （condition） ）10Hz0.25MHz0%10%10%20%20%0%10%10%20%20%光量5倍 , Gain 1/5倍12R4

7、125G出力電荷変動結(jié)果出力電荷変動結(jié)果（ （condition） ）10Hz0.25MHz0%10%10%20%20%0%10%10%20%20%光量1/5倍 , Gain 5倍13増幅率変動原因増幅率変動原因陽極電流増加陽極電流増加最終段付近電圧降下。最終段以前電圧上昇増幅率増加。光量倍測定効果考（次計算）。臺座帯電固定臺座帯電電子軌道変化、増幅率変動。陽極近早帯電。複數(shù)時定數(shù)持変動考。付著殘留長期保存中付著殘留、高頻度電子入射叩出。真空度下、増幅率減少?？臻g電荷飽和瞬間的増幅率減少起考。本測定結(jié)果変動原因考。14陽極電流増加変動陽極電流増加変動光量5倍PMT陽極電流増加最終段電圧降下。最

8、終段以前電圧上昇増加考。効果計算。陽極電流増加最終陽極間電圧降下抵抗比分割、変動後増幅率算出。結(jié)果同條件PMT2本、3.05%、2.76%。10Hz0%10%10%20%20%光量5倍15及今後予定及今後予定PEM用R4125G型光電子増倍管出力変動條件1421時間測定。CDF実験典型的使用條件高頻度、出力電荷最大20%減少。入射光電子數(shù)、増幅率変條件初期減少（50）後條件、出力電荷増加減少見。減少5-15%程度。陽極電流大條件、高頻度変所5%程度出力電荷増加。低頻度（10Hz） 高頻度(0.25MHz) 繰返、出力変動可逆的測定。蓄積、出力変動原因解明、定量的評価行。16BACKUP17PE

9、Mendplug EM calorimeter.24 wedges in f, and each wedge is divided to 24 towers.Each towers has 22 layers.The light signal from the PEM scintillator tile is delivered by Y-11 wave length shifter fiber.The figure above is Emission Spectra and Absoption Spectra of Y-11.The model figure of R4125G PMT.18

10、物理研究會（）FPGAFPGA（Field Programmable Gate Array）：現(xiàn)場書換可能LSI 論理回路記述専用言語（HDL）使用。製品出荷後再設(shè)計可能、製品新規(guī)格対応行。 FPGA柔軟性加、FPGA高集積化、高性能化、低消費電力化、低化進、FPGAASICASSP同程度機能持、電子機器使用。FPGA作成手順 FGPAHDL記述開発FPGA19物理研究會（）Oscilloscope20物理研究會（）Setup 11所光量所光量GAIN調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R4125G対各條件光量設(shè)定、増幅率G分R4125G用16箇所光量測定。LED印加電圧、調(diào)節(jié)各條件光量設(shè)定。後殘R4125G、出力電荷測

11、定。入射光電子數(shù)分増幅率求。印加電圧調(diào)節(jié)増幅率設(shè)定。各各PMT入射光電子數(shù)増幅率調(diào)節(jié)行。入射光電子數(shù)増幅率調(diào)節(jié)行。107515REF0.4REF0.45052974110REF0.429262118282912.02.32.42.211.82.10.60.4調(diào)節(jié)GAIN （104） 調(diào)節(jié)光量 21GAIN実際増幅率揺考慮、上記増幅率補正。増幅率対補正項：ser (ser 分布/peak求。)Np.e.増幅率揺仮定時出力電荷平均値(mean)=GainNp.e.素電荷出力電荷標(biāo)準(zhǔn)偏差()=Gain 素電荷光電子増倍管出力電荷平均値分散相関増幅率求方法。2GainMeanMean2傾増幅率相當(dāng)22

12、物理研究會（）GAINLED安定性 24物理研究會（）LED安定性 25物理研究會（）Projection 25ave1.0%0.45%26物理研究會（）Projection 25ave0.6%0.5%27物理研究會（）Projection 25ave1.0%0.3%28物理研究會（）ReferencePMT1 Npe & GAIN stability29物理研究會（）ReferencePMT2 Npe & GAIN stability30物理研究會（）ReferencePMT3 Npe & GAIN stability31物理研究會（）Pulse height distribution of reference PMTs 32物理研究會（）Pulse height distribution of PEM PMTs33物理研究會（）陽極電流増加変動光量5倍PMT陽極電流増加最終段電圧降下。最終段以前電圧上昇増加考。効果程度計算。R4125G合計抵抗：5.72Mcx4717,