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Performance evaluation of MCP-PMT for Belle II TOP counter (in Japanese) / Takuya Yonekura [BELLE2-MTHESIS-2019-015] Presented on 01 02 2015 MSc
2015 Nagoya university / Nagoya
2017 年から開始されるBelle II 実験では、B 中間子などの稀崩壊を精密に測定することで、標準模型では説明できない新物理の探索などを行う。そのために私たちは石英輻射体と光検出器で構成される粒子識別装置TOP(Time Of Propagation) カウンターを開発している。K/π 中間子からのチェレンコフ光の伝播時間の差O(100 ps) を約20 個の光子数で判別するため、一光子検出に対して高い時間分解能を持つ光検出器が必要である。これまでの研究で必要な性能を持つ光検出器 MCP(Micro Channel Plate)-PMT の開発に成功し、実際の使用に向けた512 本のMCP-PMT の量産や性能評価を行う段階となった。世界的にみても、このような大量のMCP-PMT を実験に使用した例はない。そのため、性能評価を量産に沿って行い、必要な性能を満たさない場合は改善する必要がある。また、実際に使用する1.5 T 磁場中でのTOP カウンターの粒子識別性能の調整や理解のためのデータが必要である。よって、私は1.5 T 中でMCP-PMT 全数を測定可能なシステムを構築するとともに、量子効率、増幅率、時間分解能、収集効率の測定を行った。量産の結果、ピーク波長での全数の平均量子効率が28.6% となり、要求である28% を満たすことができた。1.5 T 中では増幅率が10∼90% 減少するものの、時間分解能の悪化はないと確認した。収集効率の減少率は5% 程度で、TOP カウンターの粒子識別性能への影響は十分小さいと確認できた。また、1.5 T 中での各性能の印加電圧依存性の把握によって、各性能の要求を満たしつつ増幅率の調整が可能になった。MCP-PMT の量子効率は総出力電荷量に従って低下するが、増幅率を下げ、量子効率の低下の抑制が可能となった。本研究によって、必要な性能を持つMCP-PMT の量産を成功させ、実際の使用に向けた性能評価を完了し、TOP カウンターの性能の調整や理解を可能にした。バックグラウンドの理解が進み、量産品の約半数ある短寿命品の量子効率が実験中に低下すると予想された。そのため、実験中にPMT の交換を行う可能性がある。交換後の量子効率の低下による複数回の交換を防ぐため、短寿命品の約9 倍以上の長寿命化を目指し、6 種の長寿命化対策を試みた。各対策の試作品の寿命を測定し、必要な寿命を持つ対策を明らかにした。
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