マイクロパターンガス検出器を用いた
ガスPMTの開発状況
門叶 冬樹
（山形大 理）
首都大学東京 住 吉孝行 中川 尊 SL AC J. V a ’ v ra 浜松ホ ト ニ ク ス 藤 田良雄 遠藤哲朗 岡田晃行 渥美卓治 大石保生 山形大理 櫻井敬久 郡司修一 金子昌弘 菊地健太郎 外山幸太従来の光センサー
科学分野（生物、物理、化学）：研究手段 放送、メディア、 OA 分野：情報取得手段多様な光センサー
の開発・応用
http:// www. ss d.rl. ac. uk /s sd /c cd tg /c cd tg .h tm l キャノン社 製 CCD 、 CMO S 光電子増倍菅 （PMT) HPK 社製 光センサー 感度 解像度 時 間 面 積 価 格/ ch 磁場 低温 光電子増倍管 ◎△ ◎ △ △ × × CCD/CMOS △◎ × × ◎ ○ ○汎用型、低価格、大面積→ガス
PMT
の開発
ガスPMTの利点
ガス検出器の利点を全て使える。 光センサー 感度 解像度 時 間 面 積 価 格/ ch 磁場 低温 光電子増倍管 ◎△◎△△×× CCD/CMOS △◎××◎○○ Gas PMT ◎○○◎○◎○F. Sauli Michigan University, Ann Arbor
-M
ay 23, 2002
高エネルギー実験、プラズマ、天文学、 暗視カメラ、医療分野、ポストゲノム、、、
Hole-Type & Micromegas
を使った
マイクロパターンガス
PMT
の開発体制
首都大学東京、SLAC （T. Sumiyoshi, J. Va'vra）
山形大学
（F. Tokanai, H. Sakurai, S. Gunji）
浜松ホトニクス
（Y. Fujita, T. Endo, T. Okada,
T. Atsumi, Y. Ohishi）
Photocathode technology
Gas Detector •Capillary Plate Gas Detector •Micromegas Gas Detector
Photon Detection
Made in JAPAN
Made in JAPAN
ガス
PMT
の動作原理
反射型ガスPMT （光電面と増幅領域一体） 半透過型ガスPMT （光電面と増幅領域が別）光→光電子→ガス増殖→読み出し
Very simpleマイクロパターンガス検出器によるガスPMT開発へ
MPGD
を用いた半透過型ガス
MPGD
を用いた反射型ガス
現在までの開発状況
9
CPガス検出器
9
Micromegas+CP
9
光電面開発
Glass Capillary Plate (CP)
M at e ri al G lass cap ill ar y O u te r D iam e te r ( m m ) 10~ 100 P ackag e D e n si ty ( cm -2 )~ 10 6 T h ic kn e ss ( m m ) 0. 2~ 2 Ch an n e l Di am e te r (µm ) 1~ 1000 O p en a rea r at io (% ) 60 ( 80 ) E le ct rode M at e ri al Inc one l or N i-C r zA flow controller for gas and liquid,
a particle filter, as well
as optical
and X-ray collimeters.
manufacturing pr
ocess: see F. Tokanai
et al. Vol. 52 No
.5 (2005)
pp.
Glass Capillary Plate (CP)
z
One of the
hole-type micropattern gas detectors
(GEM like).
G10 Home-made Peskov 2004, Chechik 2004
Del Guella (Glass CP 1985)
GEM
（Sauli 1997
）
The
The
THGEMs
THGEMs
:
:
A small THGEM costs ~3$ /unit. With minimum order of
400$
Æ
~120 THGEMs
.
~10 times cheaper than standard GEM.
From. Prof. A.
Advantages of hole-type MPGD
•ガス増幅領域と読み出し領域が独立。 読み出しシステムの選択が可能、 CCD も使える。 •タンデムオペレーション。 放電に強く、高いガス増幅度が達成。 PMT レベルの 10 6 のゲインOperation principle of CP gas detector
Ne,Ar,Xe based Gas Mixture Absorption
& Drift Region
Gas Multiplication Scintillation X-ray X-ray Polarization Vector Ionization Æ Charge si gna l
•X-ray energy, Timing •Trigger for CCD
Capillary Plate Excitation
Æ
Light signal
•X-ray Imaging •X-ray Polarimeter
Basic characteristics of optical imaging CP
He
（80nm), Ne(80nm), Ar (127nm) gas
Scintillation is EUV region. Detection is
difficult
.
Wavelength shifter
Fraga et al. IEEE 2
002 TMA Æ 290 nm CF 4 Æ 620 nm Austin and R ams ey Opt. Eng. 1993 Experim ental Setup
Gas Gain
PMT
Light Si gnal Charge Si gnal Light sign al Charge Signal
Light emission from the CP detector
Ar(90 % )+CF ４ (10 % ) Pulse hei ght Distributi on 5.9keV Charge Sig n al Pulse hei ght Distributi on 5.9keV Light Signa l
Optical Imaging CP Gas Detector
Single photoelectron track image
Ar(90%)+CH ４ (8%)+TMA(2%) 22 keV X-ray Photoelectron track 5 mm 22 keV X-ray Photoelectron track 5 mm Nucl. In str . and Meth. A 513, p. 282, 2003 Nucl. In str . and Meth . A 525, p . 6, 2004A powerful tool for the
cosmic X-ray polarimetry.
F. Tokanai et
X線イメージ
Ar(90%)+CF
４
(10%)
F. Tokanai et al. submitted to NIM A 2005 F. Tokanai et al. subm
CPガス検出器の発光特性
Ar
+CF
4
ガスの発光特性
F. Tokanai et al. submitt
ed to IEEE TNS
CPガス検出器の発光特性
CCD CCD 感度 感度 >25% >25%Pure Xe 発光特性
829829 nm nm Xe atomic line Xe atomic lineガスPMTへの封入ガスの研究
現在までの開発状況
9
CPガス検出器
9
Micromegas+CP
9
光電面開発
Micromegas検出器の構造
1000
lines per inch
89.1%He+10.9%iC
4
H
10
gas at 1 bar
•
Very stable operation even at very high gain.
UV light
Vary
Micromega
s
gain mainly:
現在までの開発状況
9
CPガス検出器
9
Micromegas+CP
9
光電面開発
光電面特性
in GAS
光電面特性
光電面特性
in GAS
in GAS
磁場中の光電面特性
磁場中の光電面特性
ガス
PMT
としての試験
ガス
PMT
としての試験
ガス
PMT
としての試験
ガス
PMT
としての試験
Hole-Type & Micromegas
を使った
マイクロパターンガス
PMT
のまとめ
首都大学東京、SLAC （T. Sumiyoshi, J. Va'vra）
山形大学
（F. Tokanai, H. Sakurai, S. Gunji）
浜松ホトニクス
（Y. Fujita, T. Endo, T. Okada,
T. Atsumi, Y. Ohishi）
2005年3月より協力体制スタート。
トランスファー、反射型PMT
の試作試験中。
シミュレーションによる最適化中。
大型化にむけて。THICK-GEMなど、、、
Maxwell&Garfield
を用いた最適化
Maxwell ３ D有限要素法（メッシュの分割）
を用いた電磁場解析
山形大学に導入
京都大学 谷森グループ
Maxwell&Garfield
を用いた最適化
Garfield
電子・イオンのガス中における運動解析Maxwell & Garfieｌdを
用いた3Dシミュレーションによる
90%Ar + 10% CH
4
gas
