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本番実験に向けての各種装置の性能試験や検討のための実験.
実験 | 実験日 | 実験者 |
---|---|---|
NaIシンチレータ関連 | ||
Cs137を用いたNaIシンチレータの不均一性の測定 | 2017年12月1日 | P2 |
プラスチックシンチレータ関連 | ||
試作プラスチックシンチレータを用いた宇宙線の検出並びにデータのFlash ADCを通じた読み出し | 2017年11月21日 | P2 |
プラスチックシンチレータの宇宙線測定によるエネルギースペックの測定 | 予定 | P2 |
光子測定によるPMTの増倍率特性の測定 | 2017年12月22日 | P2 |
1+1/8インチPMTのゲイン比較 | 2018年1月19,23日 | 池満 |
NaIとPMTのセットによるエネルギー測定では,結晶不均一性の差異やシンチレーション光のPMTまでの伝播で減衰が起きるため,エネルギーの損失位置によってエネルギー分解能の変化等が起きることが考えられる.そのためCs137を用いて,本番に用いるNaIシンチレータの測定位置によるエネルギー分解能の違いを測定した.
線源(Cs137)を用いて,本番実験に用いるNaIとPMTのセットを9つ(それぞれ1から9までのIDを振った)毎に線源の当たる位置を変えて(F,C,Bの三箇所) て,CAMACモジュールのADCを用いてPMTの信号を測定した.
(図)
Divideした信号を,オシロスコープを参考にThresholdを?mVにしてDescriminatorをかけて信号が測定できる程度のWidth ?nsのGATEを出力し,もう一方のDivideした生のアナログ信号がADCで測定できるようにDelayを調整してADCに入力した. (回路図)
得たデータをrootで解析し光電ピークと思われるものにGaussのフィットをし,Pedestalは平均値を求めた.結果は以下の通りである.
NaI No. | HV(V) | pos | Pedestal | Peak | Sigma | Resolution |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1,800 | F | 100.4 | 1026 | 71.38 | 0.077 |
C | 97.77 | 998.4 | 67.77 | 0.075 | ||
B | 103.5 | 927.4 | 195.0 | 0.237 | ||
2 | 1,650 | F | 90.75 | 1962 | 99.5 | 0.053 |
C | 92.57 | 1958 | 100.0 | 0.054 | ||
B | 93.43 | 1918 | 190.7 | 0.105 | ||
3 | 1,650 | F | 81.62 | 1491 | 61.90 | 0.044 |
C | 81.86 | 1523 | 71.31 | 0.049 | ||
B | 81.86 | 1476 | 268.4 | 0.193 | ||
4 | 1,650 | F | 77.66 | 1236 | 52.73 | 0.046 |
C | 78.71 | 1233 | 57.16 | 0.050 | ||
B | 77.26 | 1228 | 105.8 | 0.092 | ||
5 | 1,450 | F | 87.57 | 1250 | 81.46 | 0.070 |
C | 90.25 | 1270 | 91.58 | 0.078 | ||
B | 84.93 | 注1 | 注1 | 注1 | ||
6 | 1,650 | F | 80.43 | 1933 | 58.81 | 0.032 |
C | 81.58 | 1946 | 74.05 | 0.040 | ||
B | 77.09 | 1932 | 179.1 | 0.097 | ||
7 | 1,650 | F | 94.99 | 1298 | 75.97 | 0.063 |
C | 100.2 | 1291 | 76.09 | 0.064 | ||
B | 103.1 | 1218 | 218.2 | 0.196 | ||
8 | 1,500 | F | 88.04 | 2640 | 113.9 | 0.045 |
C | 88.66 | 2671 | 103.4 | 0.040 | ||
B | 87.04 | 2617 | 312.9 | 0.124 | ||
9 | 1,400 | F | 79.72 | 2092 | 79.19 | 0.039 |
C | 78.52 | 2103 | 74.01 | 0.037 | ||
B | 81.38 | 2092 | 201.1 | 0.100 |
いづれの個体においても,PMTの近く(B)ではヒストグラムが大きく変化が見られる.具体的には光電ピークでの吸収が減ってその影響でいずれにおいても分解能が大きく劣化していると考えられる.なぜ,そのような事が起こっているのは検討中です.
(羽田野)
本番に仕様するプラスチックシンチレータのエネルギー較正をおこなうため,予め線源を用いた較正を行ったNaIでサンドイッチして宇宙線を測定する.
本番では複数のPMTを合わせた状態で測定を行うため,ゲインの一致が非常に重要となる.そのため,事前に1光子の検出をPMTで行って,HVとGainの関係(gain∝(HV)^α)を調べる.
線源(Cs137)を用いて,本番実験に用いるNaIとPMTのセットを9本+2本(高エネより拝借)に線源137Csを当て,CAMACモジュールのADCを用いてPMTの信号を測定した.このときPMTのHVを変え,その増倍率をみた.
“Cs137を用いた…測定”とほぼ同じ.(写真)
Thresholdが小さいところではノイズが多かったので,Thresholdを~100mVから下げずに実験を行った.
NaI No. | log_{10}A | B |
---|---|---|
1 | 3.60088 ± 8.81566e-05 | 5.53729 ± 0.00368083 |
2 | 4.12919 ± 0.00049806 | 5.59303 ± 0.00419997 |
3 | 4.0309 ± 0.000389944 | 5.54038 ± 0.00375096 |
4 | 3.95666 ± 0.000336437 | 5.63255 ± 0.00382629 |
5 | 4.23443 ± 0.000638856 | 5.73921 ± 0.00468322 |
6 | 4.07857 ± 0.000460494 | 5.69459 ± 0.00428754 |
7 | 4.06469 ± 0.000396294 | 5.70756 ± 0.00377522 |
8 | 4.47495 ± 0.000979424 | 6.03228 ± 0.00583356 |
9 | 4.45353 ± 0.000724808 | 5.93677 ± 0.0044039 |
10 | 4.01357 ± 0.000413215 | 6.04881 ± 0.00453997 |
11 | 4.30163 ± 0.000676054 | 5.95124 ± 0.00484843 |
NaI | No1 | No2 | No3 | No4 | No5 | No6 | No7 | No8 | No9 | No10 | No11 | N |
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HV(V) | 1027 | 826 | 859 | 887 | 796 | 846 | 851 | 734 | 736 | 876 | 781 | 3500 |
HV(V) | 1032 | 830 | 863 | 892 | 799 | 850 | 855 | 737 | 740 | 880 | 785 | 3600 |
HV(V) | 1037 | 834 | 867 | 896 | 803 | 854 | 859 | 741 | 743 | 884 | 789 | 3700 |
HV(V) | 1042 | 838 | 872 | 901 | 807 | 858 | 863 | 744 | 747 | 888 | 792 | 3800 |
HV(V) | 1047 | 842 | 876 | 905 | 811 | 862 | 867 | 747 | 750 | 891 | 796 | 3900 |
HV(V) | 1052 | 846 | 880 | 909 | 814 | 866 | 871 | 750 | 753 | 895 | 799 | 4000 |
(田島)
プラスチックシンチレータ検出器に用いるPMTのゲインを測定しました。 目的としては、性能比較をしてどのPMTを何段目に用いるかを決めるため。また、calibrationの判断材料にするため。
LED電球にパルス電圧をかけることでphotonを出し、その光量をしぼって光電面に入射させた。印加電圧はどのPMTも-1650,-1750,-1850,-1950の4点を取った。 あけみと勝太郎は、pedestalと1photon.event.の差から直接ゲインを求めた。 その他のPMTはpedestalと1p.e.のピークかぶっていたので、1p.e.によるゲイン測定はあきらめた。 LEDの電圧を上げて光子数を増やし、測定される分布を正規分布でfitした。そのmean、sigmaとgainとの関係*からgainを決定した。
*: mean_ex ∝ N*gain , sigma_ex ∝ √N*gain より、gain ∝ sigma_ex^2 / mean_ex
Nは光電面に入射する光子の数。_exは、測定される量。
得られたgainは次の通り。ただし、単位はフラッシュADC(DT5725)のチャンネルで、1ch=6.4e+4 倍に対応している。
PMT | 1650 | 1750 | 1850 | 1950 |
---|---|---|---|---|
あけみ | 91.1 | 132.0 | 178.7 | 243.3 |
勝太郎 | 240.3 | 351.5 | 482.5 | 668.3 |
サチコ | 48.7 | 69.9 | 96.6 | 127.6 |
ナオミ | 72.1(?) | 42.1 | 56.7 | 83.9 |
畑さん | 44.8 | 63.1 | 89.7 | 131.4 |
まさこ | 33.4 | 42.2 | 60.6 | 99.5 |
矢部 | 35.5 | 47.8 | 66.2 | 98.8 |
ラン | 38.0 | 55.8 | 80.1 | 105.7 |
王(ワン) | 34.2 | 50.5 | 74.0 | 99.3 |
ゲインカーブ; gain_curve.ps 左上から、あけみ、勝太郎、紗智子、ナオミ、畑さん、(左下)まさこ、矢部、蘭、王
あけみと勝太郎のgainは、pedestalと1p.e.との差から求めたので正確な値が測れている(と思う)。 しかし、その他のPMTについては、以下のことを考慮せずに計算したものである;
これらを考慮すると、あけみと勝太郎以外のPMTのgainは、上に書いた値の5割〜8割になる。
(池満)
本番用プラスチックシンチレータの一層分を試作し,その動作テストの為に最小電離粒子(宇宙線)を用いて安定的に計測していることを確認した. また,その際のDAQシステムとしてFlashADC(以下FADCと略す)を用いて,データを収集し解析を行い使用技術を会得した.
(詳細は後日追記?)
試作プラスチックレータから出ているファイバーの両端を高さをあわせてそれぞれPMT2本(あけ美,勝太郎)に接触させた. PMTにHVを1500Vかけて,オシロスコープで信号を確認した.充分に遮光を行ったところで,50mVを超えるようなピークが見えて問題ないと確認できた為, FADCを用いて250イベント分のデータを取得した.
ただし,今回の実験ではデータ端子に繋ぐケーブル(SMB)が一本しかなかった為,PMT二本同時にデータを取得はできなかった.
それぞれのイベント毎に電圧値,時間に変換した.各イベント毎でおおむね次のような結果を得た.
画像 それぞれのイベントの様子.
得たデータの各イベントに関して積分をし,得た電荷量を計算し以下のヒストグラムを得た.
平均値は3.0pCで,分散0.7pCであった.
得た結果は想定されたものより,1桁程小さいものである.もし宇宙線が測定できているとしたら,そうなった理由としてはPMTのHVはそれほど大きくかけておらず,十分な増幅率ではなかったことや,シンチレータの劣化によるシンチレーション効率の低下などが考えられる.まずは今後,校正済みのシンチレータと同時測定を行い,ただしく宇宙線イベントを測定しているかを検討していきたい. また,イベント毎の図からわかるようにスレッショルドの起点がずれているのが分かる.これはFADCによるものであると考えられるが,原因が不明である.
エネルギー分解能はプラスチックシンチレータ自体の特性による低さに起因するものと,もうひとつ解析時の積分による誤差が考えられる. FADCのサンプリングは4nsずつであるがプラスチックシンチレータの減衰時間は10ns程度であり,サンプリング点は数点程度である.そのため,それぞれを 足す積分のやり方では大きな誤差が生じる事が考えられる.今後,各点の間の補完をしたうえでの積分を行う等の対策が必要と考えられる.
#!/usr/bin/env python # Read File with open('wave0.txt','r') as f: rawdata = f.readlines() # Convert Voltage data = [(int(line)-8192)*2000./16384 for line in rawdata] # Split for Event eventlist = zip(*[iter(data)]*1024) # Add Time Information time = [i*4.0 for i in range(1024)] eventlist = [zip(time,event) for event in eventlist] # Integral voltage chargelist = [-sum([i[1]/50.*4. for i in event if i[1]<=-0.5]) for event in eventlist] with open("data.txt","w") as f: f.write("#time(ns) \t volage(mV)\n") for event in eventlist: f.writelines(map(lambda line:'{0[0]}\t{0[1]}\n'.format(line),event)) f.write("\n\n") with open("charge.txt","w") as f: f.write("#charge(pC)\n") f.writelines(map(lambda line:'{0}\n'.format(line),chargelist))
(羽田野)