テスト内容及びテスト方法

6.1.1 ^{テスト内容}

R3479で入力信号の光量を変化させ、オシロスコープの積分モードで

アフターパルスを見てみる(図6.2)と、アフターパルスの発生時間は入力 信号の光量に依存せず、入力信号立下り後、最大のもので2 µs 程度であ る事が確認できた。また、アフターパルスの大きさ(Pulse Height)の最 大値は入射光量に依存せず、ほぼ一定(図6.2では60 mV程度)であると いう予想を立てる事も出来た。

図6.2: オシロスコープの積分モードで見たR3479のアフターパルス。左 はLEDの入力信号が5 p.e.、右はLEDの入力信号が100 p.e.の時のも の。入力信号の大きさに関わらず最大約60 mV程度のアフターパルスが 2μs程度の幅に渡って見られる。

上記の結果より、アフターパルスの計測では入射光量を変更して入射 光量との関連を確かめる事、その際は入力信号の立下り後2µsに渡って データを取得する事が必要である事が分かった。

6.1.2 ^{テスト方法}

暗箱内にてR3479、暗室内にてR8900U共に計測を行った。その際の R8900Uのセットアップを図6.3に示す。R3479では、暗室の部分が暗箱 に変更される。

gate & delay generator 100nsec width

ADC pulse

generator

attenuator 19dB

TTL/NIM convertor

50 ohm LED 4mLEMO cables (2)

ND filters

PMT module

27m gate

OUT

IN OUT

gate IN PC

8m Dark room

oscilloscope

図6.3: アフターパルス計測のセットアップ。暗室内にて、R8900Uの計測 を行った。オシロスコープでGateの位置を確認出来るようにした。R3479 では暗室の部分を暗箱に変更して測定を行った。

 図6.2に示したように、アフターパルスは2 µs 程度に広がっている。

ADCのGateを2 µs と設定すれば、アフターパルスの発生時間の全範囲 をカバー出来るが、一般にADCのGateの最大幅は数百ナノ秒程度であ り、その為一度に2 µs に渡るアフターパルスを測定する事は出来ない。

今回使用した豊伸電子製、C009チャージ積分型ADCでは最小ゲート幅

は50 ns とあるが、最大のゲート幅については情報がなく、実際に信号を

入力して確かめて見たところ、Gateが160 nsであれば確実にアナログ信 号をデジタル信号へ変換出来る事が確認できた。そこで今回の実験では ADCのGateを160 ns に設定し、そのゲートの開始時刻をオシロスコー プで確認しながらずらしていき、160 ns × 13 = 2080 ns のデータをカ バーし、13個のデータの合計を2080 ns に渡るアフターパルスのデータ と考えた。(概念図: 図6.4) データはひとつのGateにつき、25000 counts のデータを取得した。

. . . .

LED signal

ADC Gate 1 ADC Gate 2

ADC Gate 13

2080 ns

図 6.4: オシロスコープでみたLEDの信号とADC Gateの概念図。ひと つのGateを160 nsとして、Gateをずらしていき、160×13 = 2080 nsの 範囲をスキャンしていく。Gate1つにつき25000countsデータを取得、13 個のデータを合計して、2080 nsに渡るアフターパルスのデータとした。

本章の冒頭で述べた様に、次世代望遠鏡ではPulsar等からの低いエネ ルギー閾値(Ethreshold = 10 GeV 程度）でのデータ取得が求められる。エ ネルギー閾値の低いデータ取得では、バックグラウンドデータである夜 光のアフターパルスが邪魔になる。夜光は一般的に幅100 ns、8 p.e.程度 であり、またアフターパルスの大きさ(Pulse Height）は一般的に0〜30 p.e.程度と言われている。低いエネルギー閾値では、6 p.e.程度のPulse

Heightを持ったアフターパルスからデータ取得の障害となってくる。従っ

て、次世代望遠鏡に使用されるPMTでは、幅100 ns、入射光量8 p.e.程 度でPulse Heightが6 p.e.以上のアフターパルスのレートが小さいもの が求められる。アフターパルスのレートは一般的に、

アフターパルスのレート= アフターパルスの事象

入力信号の事象 (6.1) と表され、次世代の望遠鏡で使用するPMTでは6 p.e.以上のPulse Height であるアフターパルスの事象が0.03% 以下のレートで求められている。

 以上の議論より、今回の実験では、夜光程度の入射光量で、Pulse Height が6 p.e.以上でのPMT R3479及びPMT R8900Uの測定が必要となる。

認の意味と、単純に入射光量との関連性を調べる意味とで複数の入射光 量での測定が必要である。また、Pulse Heightについては、6 p.e. 以上の データだけを取得出来ればよいが、データを取得後にADCのチャンネル

で6 p.e. 以上のデータのみ採用する方法の方が遥かに単純なのでこれを

行った(6 p.e. カット)。同時に、この方法では同じデータを用いて他の Pulse Heightでのカットも可能なので、3 p.e. (6 p.e.の半分)以上のデー タのみ採用する3 p.e. カットも行い比較した。このADC チャンネルの カットは、ペデスタルのADCチャンネル平均値 =P edestalに3 p.e.、6 p.e.分を足したADCチャンネルを

Ch3pecut =P edestal+ (3p.e.分のADCチャンネル) (6.2)

Ch6pecut =P edestal+ (6p.e.分のADCチャンネル) (6.3)

と表せば、Ch3pecut、Ch6pecut未満のデータを採用しないという方法で行っ た。(図6.5参照)。

図 6.5: 左図 : ペデスタルのヒストグラム。右図 : 実際に得られたア フターパルスのヒストグラム。左右ともに、横軸がADC count、縦軸が count数。ペデスタルのMeanの値からADC countで3 または6 p.e.の

ADC channelのカットを行った。黒丸で囲っている部分がアフターパル

スのデータ。

 アフターパルスのデータ取得の流れをまとめると以下のようになる。

1. PMTによる違い

ˆ PMT R3479(PMT ID:KA8650使用)、PMTR8900U-200-M4の 2つのPMTで測定

2. 入射光量による違い

ˆ 各々のPMTで3、5、10、30 p.e.(全て幅100 ns )の4つの光 量でデータを取得。(夜光が幅100ns、平均8 p.e. 程度の光量 と言われている為、平均値より少し大きな10 p.e.と小さな値 として3、5 p.e.で測定。30 p.e.のデータは大光量での参考の 為に取得。)

3. Pulse HeightでのADC チャンネルでのカット

ˆ PMT、光量毎のデータで3 p.e.以上の大きさのアフターパル スを採用(3 p.e. cut)

ˆ PMT、光量毎のデータで6 p.e.以上の大きさのアフターパル スを採用(6 p.e. cut)