APDによるシンチレーティングタイル・ファイバー型カロリメーターの読み出し

使用 APD 读取闪烁瓦纤维热量计

基本信息

批准号：
16028206
负责人：
吉田拓生
金额：
$ 2.11万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、はじめに、シンチレーティングタイル・ファイバー型カロリメーターの中で用いるシンチレーティングタイルの本格的な読み出しテストを行った。シンチレーティングタイルにMinimum Ionizing Particle(MIP)を照射したときの光信号をアバランシェフォトダイオード(APD)で読み出し、その波高分布を詳しく分析した。特に、カロリメーターのエネルギー分解能に影響する可能性のあるAPDのノイズ特性や過剰雑音係数(二次電子増倍率のゆらぎ)などを、APDの温度やバイアス電圧の関数として詳しく測定した。その結果、(1)APDのノイズは、APDの二次電子増倍率が200倍を超えない限り、冷却しなくても、室温中で既に十分小さいこと、(2)過剰雑音係数はAPDの二次電子増倍率のみの関数となり、APDの温度にはよらないこと、などが分かった。次に、以上のようにAPDを用いてタイル中でのMIPのエネルギー損失を実測したときの波高分布を、シャワーの発生によってタイルに入射してくる荷電粒子の数だけ重ね合わせるという手法によって、カロリメーターのエネルギー分解能を求めた。シャワー中の荷電粒子の数はGEANT4によるシミュレーションによって求めた。その結果、APDの二次電子増倍率を20倍程度の比較的低い値に設定することによって、過剰雑音係数を小さく保ちつつ、必要十分なS/N比を確保することができ、最も高いエネルギー分解能が得られることが分かった。本研究によって得られたカロリメーターのエネルギー分解能を、従来のように光電子増倍管でシンチレーティングタイルの光信号を読み出す場合と比較した結果、光電子増倍管を用いるよりも、APDを用いた方が高いエネルギー分解能が得られることが明らかになった。

今年，我们首先对闪烁瓷砖和光纤型量热量器的闪烁瓷砖进行了全面读数测试。使用雪崩光电二极管（APD）读取闪烁瓷砖时的光学信号，并详细分析了波高分布。特别是，APD的噪声特性和过量的噪声系数（二次电子乘法系数）（可能影响量热计的能量分辨率）详细测量，这是APD温度和偏置电压的函数。结果，发现（1）APD的噪声已经在室温下在不冷却的情况下已经足够小，只要APD的二次电子乘法因子不超过200次，并且（2）过量噪声系数是APD的二级电子乘法系数的功能，并且不依赖APD的温度。接下来，通过使用APD来确定量热计的能量分辨率通过上述APD实际上测量MIP的能量损失，通过将波高分布与淋浴的生成一样，将波高分布与入射在瓷砖上的许多电荷粒子相叠加。通过使用Geant4的模拟确定淋浴中带电颗粒的数量。结果，发现通过将APD的二级电子乘法系数设置为相对较低的值约20倍，可以保持较小的噪声系数，同时确保必要且充分的S/N比，从而导致最高的能量分辨率。将本研究获得的量热计的能量分辨率与使用光电层管读取闪烁瓷砖的光学信号的常规情况进行了比较，并且发现使用APD可以实现更高的能量分辨率，而不是使用光电层管。