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Optics performance evaluation for Belle II TOP counter (in Japanese) / Yusuke Koga [BELLE2-MTHESIS-2019-019] Presented on 01 02 2012 MSc
2012 Nagoya university / Nagoya
　2015 年開始予定のBelle II 実験は、世界最高のピークルミノシティ(8 × 1035 cm−2s−1) でB 中間子を大量に生成し、その稀崩壊現象を調べることで標準理論を超える新しい物理の探索を行う。これらの稀崩壊現象を調べる上で終状態に現れるK 中間子とπ 中間子の識別が重要である。私は、Belle II 実験でK/π 識別を担う粒子識別装置TOP (Time Of Propagation) カウンターの開発研究を行っており、識別効率95% 以上、誤識別率5% 以下の識別性能を目指している。 TOP カウンターは、石英輻射体やフォーカシングミラーなどの光学素子と光検出器 MCP-PMT (マイクロチャンネルプレート型光電子増倍管) から構成される。荷電粒子が石英輻射体を通過する際に発するチェレンコフ光を光学素子内に伝搬させ、端面に接続されたMCP-PMT で検出する。ある運動量の粒子に対しチェレンコフ光の放出角は質量に依存することを利用しており、検出光子の位置と時間情報からチェレンコフリングイメージを再構成することで粒子識別を行う。チェレンコフ光が伝搬する際の光子数の減少と光路のずれが識別性能に影響するため、各光学素子の光学性能が非常に重要である。これまでの研究から、目指す識別性能を達成するために必要な各光学素子の光学性能が明らかになっている。具体的には、以下の3 点である。 • 発生した光子が、光学素子内を伝搬してMCP-PMT に到達する割合が80%以上。 • その際の光路のずれが0.5 mrad 以下。 • 10 年間の運転で予想される放射線照射による光子数の減少が10%以下。さらに、実機生産には以下が求められる。 • 石英輻射体とフォーカシングミラーを相対角度0.2 mrad 以下、相対位置100 μm 以下の精度で接着。　本研究では、レーザー、フォトダイオード、CCD カメラを用いた高精度の光学性能測定システムを構築し、実機を構成する全ての光学素子について光学性能評価、放射線耐性試験を行った。その結果、各光学素子の光学性能が要求を満たしていることを明らかにした。また、石英輻射体とフォーカシングミラーの相対角度をO(0.01) mrad、相対位置をO(10) μm で制御可能な接着システムを構築し、実機プロトタイプの接着を行うことで、実機接着のシステム・手法を確立した。　本研究の成果は、各光学素子を用いてTOP カウンター実機を製作した際に期待通りの識別性能が得られることを、光学的観点から実証したことである。
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