MWPC Simulation

はじめに

• タウンゼントの電離係数を使ったガス増幅モデル。
• drift velocity。
• 温度、圧力依存性。
• 出力波形をいれ、Time Walkを考慮。

Model

Geometry

• MWPC Potential,Field--well known formula (Document)

Ray

• MIP(初期クラスター数、サイズ)
• incident angle-----ある値を設定
• incident position--一様分布

Gas

• 初期クラスター数は平均39.4個/cmのポアソン分布。(1013hPa,25℃)
  CO2::34/cmペンタンは?イソブタンは46/cmで代用して34*0.55+46*0.45。
  (いずれもSauli.より)
  イスラエルの文献はCO2+n-pentneで42+-8/cm。
  初期クラスター数は分子密度に比例。(圧力、温度依存)
• クラスターサイズは最頻値2.04、σ0.135のLandau分布。(平均がおよそ2.4)
  0と100を越えるものは除いている。
  NIMA301(1991)202-214の文献のクラスターサイズ分布とあうように決めた。
• ドリフト
  電場強度変化5%以内、cell sizeの1/10以下のステップ。
  (Ex,Ey)の方向へステップ。
  ワイヤーからワイヤー径の1/1000の距離まで接近したら終了。
• Drift Velocity
  イスラエルの測定結果をフィット。
• ガス増幅過程--Townsend alpha dN/dx = alpha N
  パラメータA,B : alpha/p = A * exp(-B/(E/p))
  <コメント>
  -------この表式と他のガスの例などをいつか書く。。。
• 信号形成
  MWPC出力波形テンプレートをgainxcluster sizeでスケールして、
  wire到達時間分布にそってたしあわせる。
  thresholdを越えるpulse heightでヒットタイムを生成。
  (time walk、複数クラスター波形の重ね合わせ考慮)

Class Library

• NMwpc
  -----メンバーにNGeom,NRay,NGas,NCluオブジェクトを持つ。
  -----NCluは配列でNRayで生成、NGeom,NGasを参照し、ドリフト、ガス増幅。
  -----信号波形形成、ヒットタイム計算。
  -----CLHEP Libraryを使用。
  • NGeom---境界、電場を与える。
  • NRay----入射角度を保持、入射場所を振り、初期クラスターの情報生成。
  • NGas----cluster size、ステップ、drift velocity、townsend alpha。
  • NClu----クラスターオブジェクト。
• NStore--ROOTを使用。ROOT形式のファイルへ情報を格納。
• NUtil---ROOTを使用。様々なutilityの集合。
  • 電場、ポテンシャルの表示。
  • drift velocityの表示。
  • drift velocity.vs.E/pの表示。
  • townsend alpha.vs.E/pの表示。
  • gainの初期クラスター生成場所依存を表示。
  • TDC,ADC分布の表示。
  • MWPC output波形の表示。
  • 初期クラスター数分布の表示。
  • クラスターサイズ分布の表示。
  • イベントディスプレーの表示。
  • 対話シェル---interactiveに各種パラメータを変え、シミュレート可能。
    例)
    • ギャップを100um変化させて、gainの変動をみる。
    • 温度、圧力を変えて、gain,efficiecyの変化をみる。
    • HV、thresholdを変える。townsend係数のパラメータを変える。
    • 途中でADC、TDC分布、efficiency,gainを見る。
    • 分布、イベントディスプレーをps/eps/gif形式で保存、などなど。

Program

• nfint------interactiveセッション。
  • nfint [???.conf]とパラメータ指定ファイルを読み込める。
  • パラメータ指定はinteractive sessionと同じ文法。
  • interactive session>? <--コマンドHelp 表示。
  • interactive session>H <--パラメータ設定Help 表示
• nfhvscan---HV scan。
  • nfhvscan [event number/HV] [???.conf] [???.root]
  • nfhvscan [event number/HV] [???.root]も可能。(default parameter)
• nfthscan---threhold scan。
• nfield-----例。

Example

Results

• Efficiency、出力電荷のHV curveをほぼ再現。
  X5では気圧965[hPa]が効いて、2.7kVでプラトー。
• 低いHVでTDC分布の立上りが鈍る理由は、
  • ゲインが下がり、Time Walkを受けやすくなる。
    
  • 1クラスターではthresholdを越えず、後続クラスターが必要。
    
  • ワイヤー近傍3,400umの領域からスタートするクラスターのガスゲインが低く、
    早く到達するものはゲインが低い傾向にあり、Time Walkもくらいやすい。
    
• おまけ。X5でのchamber間のHit Timingの相関について。
  大下君報告の件ですが、chamber A/Bを考え、20度入射muonに対し、
  
  • A、Bのwireが重なって見える場合。
    Aでmuonがwire近傍を通過→Bでもwire近傍を通過。両方とも到達時間が早い。
    Aでmuonがwire遠方を通過→Bでもwire遠方を通過。両方とも到達時間が遅い。
    timingは正の相関。
    
  • A、Bのwireがずれて見える場合。
    上とは逆になり、timingは逆相関。
    
  • X5の結果とシミュレーション。
  • 実験ではダブレットの単位では逆相関(トリップレットの中でも。)
    トリプレットの1と3ではやや正の相関が見える。
  • たまたまダブレット単位をみると、wireのshiftが0.9mmに近く、
    トリプレットの単位では0mmに近かったのでは。

To Do?????

• 実験との詳細な比較。
• ガス増幅で、α効果の他、γ効果、η効果を入れる。
• 空間電荷効果を入れる。
  • 増幅したイオンで自分自身の電場を弱める。
  • 残留イオンで後続クラスターに対する電場を変更。
• NGasクラスをBaseに各種ガスクラスを派生。
• αの別の表式。
• パラメータのチューニングの自動化。
• 電子輸送、ガス増幅過程そのもののシミュレーション。
  ----電子分子間の各種過程の断面積から計算。
• 対話シェルの向上--history,key binding,...