第 4 章 ビームテスト実験
4.2 東北大学電子光理学研究センターにおけるビーム試験
4.2.3 データ解析
まず、ビームが出ていない状態で取得したデータを用いてノイズの解析を行った。WFD で読み出したSlitA2013からの波高をヒストグラムに詰め込み、ガウス関数でフィッティ
Test SensorW
中継基板W W
aa W
a W
VME BusyW
GGW GGW
DSSD sensorW ASDW NIM BuffW
Front Sci.
Back Sci.W PMTW DiscriminatorW
O W
Fiber hodoscopesW
W
W W
W W W
7 W
O W
DelayW
w W
F/FW
W & W
GGW
a a W
a a W
a a W
図 4.8: 東北大学電子光理学研究センターにおけるデータ収集システムの回路
ングを行った。図4.9はフィッティングの結果である。Aセンサーが3.6±0.0 mV、Rセン サーが3.2±0.0 mVであった。ENCに換算するそれぞれ860±10 e、820±30 eであった。
つづいて、信号の波高の測定を行った。典型的な信号事象を図4.10に示す。これをピー クのまわり±20 nsに対してガウス関数でフィッティングを行い、そのガウス関数の高さ を波高とした。その結果得られた波高分布が図4.11である。この得られた波高分布に対 して、軸方向センサーは70 mVから100 mVの範囲で、動径方向センサーは50 mVから
80 mVの範囲でそれぞれガウス関数でフィッティングを行いその中心値を波高とした。結
果として軸方向センサーに対し89.4 ± 0.5 mV、動径方向センサーに対し70.1 ±0.3 mV の波高が得られた。
測定した波高の系統誤差の見積もりを行った。
• 波形のフィッティング時のフィット領域
• 波高分布のビン幅
• 波高分布のフィッティング時のフィット領域
の3つを系統誤差の要因として軸方向センサー、動径方向センサーそれぞれについて考 慮した。その結果を表4.4にまとめて示す。系統誤差の合計は平方2乗和で求めた。以下 それぞれの要素について説明する。
波形のガウス関数でのフィッティング時のフィッティングに用いる領域をピークを中心 として±3 ns、±5 ns、±10 ns、±15 ns、±20 ns、±25 ns、±30 ns、±40 ns、±50 nsと 変更して波高を見積もった。図4.12に結果を示す。この振れ幅を系統誤差とした。
波高分布のビン幅を0.5 mV/bin、1.0 mV/bin、1.5 mV/bin、2.0 mV/bin、2.5 mV/bin、 3.0 mV/bin、3.5 mV/bin、4.0 mV/bin、変更して波高を見積もった。図4.13に結果を示 す。そのときの振れ幅を系統誤差とした。
Apedestal
Entries 998001
Mean -313.5
RMS 3.768
/ ndf
χ2 2059 / 254
Constant 2.684e+04 ± 3.306e+01 Mean -313.4 ± 0.0 Sigma 3.623 ± 0.003
-350 -340 -330 -320 -310 -300 -290 -280 0
5000 10000 15000 20000 25000
Apedestal
Entries 998001
Mean -313.5
RMS 3.768
/ ndf
χ2 2059 / 254
Constant 2.684e+04 ± 3.306e+01 Mean -313.4 ± 0.0 Sigma 3.623 ± 0.003
A sensor pedestal
Rpedestal
Entries 998001
Mean -252.9
RMS 3.476
/ ndf
χ2 4244 / 248
Constant 3.009e+04 ± 3.741e+01 Mean -253 ± 0.0 Sigma 3.236 ± 0.002
-290 -280 -270 -260 -250 -240 -230 -220 0
5000 10000 15000 20000 25000
30000 Rpedestal
Entries 998001
Mean -252.9
RMS 3.476
/ ndf
χ2 4244 / 248
Constant 3.009e+04 ± 3.741e+01 Mean -253 ± 0.0 Sigma 3.236 ± 0.002
R sensor pedestal
図 4.9: 東北大学電子光理学研究センターでのノイズ測定の結果
A sensor_27
Entries 1025
Mean 338.4
RMS 99.22
/ ndf
χ2 0.4288 / 38
Constant 168.6 ± 3.1 Mean 336.5 ± 1.8 Sigma 40.91 ± 6.78
[ns]
0 200 400 600 800 1000
pulse height [mV]
0 20 40 60 80 100 120 140
160 A sensor_27
Entries 1025
Mean 338.4
RMS 99.22
/ ndf
χ2 0.4288 / 38
Constant 168.6 ± 3.1 Mean 336.5 ± 1.8 Sigma 40.91 ± 6.78
A sensor_27
R sensor_30
Entries 1025
Mean 282
RMS 142.7
/ ndf
χ2 3.188 / 58
Constant 104.2 ± 2.0 Mean 328.5 ± 0.7 Sigma 29.17 ± 1.29
[ns]
0 200 400 600 800 1000
pulse height [mV]
0 20 40 60 80
100 R sensor_30
Entries 1025
Mean 282
RMS 142.7
/ ndf
χ2 3.188 / 58
Constant 104.2 ± 2.0 Mean 328.5 ± 0.7 Sigma 29.17 ± 1.29 R sensor_30
図 4.10: 200 MeV/cの陽電子ビームを照射したときの検出器からの典型的な信号波形。
WTA
Entries 4442
Mean 91.87
RMS 32.44
/ ndf
χ2 8.6 / 9
Constant 243.1 ± 7.0 Mean 89.41 ± 0.49 Sigma 11.68 ± 0.58
pulse height [mV]
0 50 100 150 200 250
0 50 100 150 200 250
WTA
Entries 4442
Mean 91.87
RMS 32.44
/ ndf
χ2 8.6 / 9
Constant 243.1 ± 7.0 Mean 89.41 ± 0.49 Sigma 11.68 ± 0.58 A sensor
WTR
Entries 8419
Mean 70.55
RMS 32.64
/ ndf
χ2 7.957 / 9
Constant 473.8 ± 9.8 Mean 70.08 ± 0.32 Sigma 10.45 ± 0.32
pulse height [mV]
0 50 100 150 200 250
0 100 200 300 400
500 WTR
Entries 8419
Mean 70.55
RMS 32.64
/ ndf
χ2 7.957 / 9
Constant 473.8 ± 9.8 Mean 70.08 ± 0.32 Sigma 10.45 ± 0.32 R sensor
図 4.11: 200 MeV/cの陽電子ビームを照射したときの検出器からの波高分布。
fit range [ns]
0 10 20 30 40 50
pulse height [mV]
89 89.5 90 90.5 91 91.5
fit range vs pulse height
fit range [ns]
0 10 20 30 40 50
pulse height [mV]
70 70.5 71 71.5 72
fit range vs pulse height
図 4.12: 波高の波形のガウス関数でのフィッティング時のフィットに用いる領域による変
化。
表 4.3: 東北大学電子光理学研究センターのビーム試験時のそれぞれの検出器に印可した 電圧とそのときの電流値
センサー 印加電圧 [V] 電流値[µA]
Aセンサー 120 0.0569
Rセンサー 120 0.1693
DSSD 120 3.3260
FS -1051 296
BS1 -1150 323
BS2 -1150 356
表 4.4: 系統誤差
系統誤差 軸方向センサー 動径方向センサー 波形のフィッティング時のフィット領域 +1.5 +1.3
-0.1 -0.0
波高分布のビン幅 +1.2 +0.2
-0.0 -0.0
波高分布のフィッティング時のフィット領域 +3.3 +0.8
-0.0 -2.6
合計 +3.8 +1.5
-0.1 -2.6
波高分布をガウス関数でフィッティングを行う際にフィットに用いる領域を変えて波高 を見積もった。軸方向センサーに対しては下限を59 mVから83 mVの範囲、上限を95 mVから108 mVの範囲、動径方向センサーに対しては下限を49 mVから65 mVの範囲、
上限を75 mVから88 mVの範囲で動かした。図4.14に結果を示す
bin width [mV/bin]
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
pulse height [mV]
89 89.5 90 90.5 91
bin width vs pulse height
bin width [mV/bin]
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
pulse height [mV]
69.6 69.8 70 70.2 70.4 70.6
bin width vs pulse height
図 4.13: ビンサイズによる変化
92.7047 92.7047 91.8538 91.2273 91.509 91.3102 91.3102 90.6585 90.1592 90.5045 90.9976 92.7047 92.7047 91.8538 91.2273 91.509 91.3102 91.3102 90.6585 90.1592 90.5045 90.9976 91.529 91.529 91.0581 90.7087 90.8011 90.6651 90.6651 90.3739 90.1877 90.2664 90.2789 91.529 91.529 91.0581 90.7087 90.8011 90.6651 90.6651 90.3739 90.1877 90.2664 90.2789 89.7893 89.7893 89.6022 89.4689 89.4569 89.4073 89.4073 89.3813 89.4252 89.4167 89.4533 89.7893 89.7893 89.6022 89.4689 89.4569 89.4073 89.4073 89.3813 89.4252 89.4167 89.4533 89.7893 89.7893 89.6022 89.4689 89.4569 89.4073 89.4073 89.3813 89.4252 89.4167 89.4533 90.4888 90.4888 90.3526 90.2622 90.2768 90.2581 90.2581 90.2534 90.2861 90.1668 89.9157 90.4888 90.4888 90.3526 90.2622 90.2768 90.2581 90.2581 90.2534 90.2861 90.1668 89.9157 90.4219 90.4219 90.3652 90.3378 90.3393 90.3472 90.3472 90.3947 90.4543 90.2563 89.9308 90.4219 90.4219 90.3652 90.3378 90.3393 90.3472 90.3472 90.3947 90.4543 90.2563 89.9308 90.4219 90.4219 90.3652 90.3378 90.3393 90.3472 90.3472 90.3947 90.4543 90.2563 89.9308 90.837 90.837 90.8118 90.8078 90.7988 90.8021 90.8021 90.8428 90.8632 90.5011 89.867
lower limit [ns]
60 65 70 75 80
upper limit [ns]
96 98 100 102 104 106 108
89.5 90 90.5 91 91.5 92 92.5
fit range dependence
70.4706 70.4706 70.4706 70.1207 70.1207 69.9459 69.9459 69.9459 70.0769 70.0769 69.8116 69.8116 69.811669.76169.76169.542 70.4706 70.4706 70.4706 70.1207 70.1207 69.9459 69.9459 69.9459 70.0769 70.0769 69.8116 69.8116 69.811669.76169.76169.542 70.48870.48870.48870.3226 70.3226 70.2598 70.2598 70.2598 70.3195 70.3195 70.2935 70.2935 70.2935 70.3514 70.3514 69.5584 70.48870.48870.48870.3226 70.3226 70.2598 70.2598 70.2598 70.3195 70.3195 70.2935 70.2935 70.2935 70.3514 70.3514 69.5584 70.0779 70.0779 70.0779 70.0353 70.0353 70.0331 70.0331 70.0331 70.0155 70.0155 70.1489 70.1489 70.1489 70.3001 70.3001 69.7711 70.0779 70.0779 70.0779 70.0353 70.0353 70.0331 70.0331 70.0331 70.0155 70.0155 70.1489 70.1489 70.1489 70.3001 70.3001 69.7711 70.0779 70.0779 70.0779 70.0353 70.0353 70.0331 70.0331 70.0331 70.0155 70.0155 70.1489 70.1489 70.1489 70.3001 70.3001 69.7711 70.3229 70.3229 70.3229 70.32870.32870.3415 70.3415 70.3415 70.2735 70.2735 70.3844 70.3844 70.3844 70.3961 70.3961 69.2471 70.3229 70.3229 70.3229 70.32870.32870.3415 70.3415 70.3415 70.2735 70.2735 70.3844 70.3844 70.3844 70.3961 70.3961 69.2471 70.6092 70.6092 70.6092 70.6324 70.6324 70.6335 70.6335 70.6335 70.4874 70.4874 70.5219 70.5219 70.5219 70.3296 70.3296 68.5081 70.6092 70.6092 70.6092 70.6324 70.6324 70.6335 70.6335 70.6335 70.4874 70.4874 70.5219 70.5219 70.5219 70.3296 70.3296 68.5081 70.6092 70.6092 70.6092 70.6324 70.6324 70.6335 70.6335 70.6335 70.4874 70.4874 70.5219 70.5219 70.5219 70.3296 70.3296 68.5081 70.9189 70.9189 70.9189 70.93970.93970.9051 70.9051 70.9051 70.6535 70.6535 70.5657 70.5657 70.5657 70.1052 70.1052 67.4894
lower limit [ns]
50 52 54 56 58 60 62 64
upper limit [ns]
76 78 80 82 84 86 88
67.5 68 68.5 69 69.5 70 70.5
fit range dependence
図 4.14: 波高のフィット領域による変化