ＣＴＡ報告142: ＣＴＡ大口径望遠鏡初号機の焦点面カメラ統合試験(II)砂田裕志, 稲田知大A, 猪目祐介A, 岩村由樹A, 大岡秀行A ,岡崎奈緒A,奥村曉B, 折戸玲子C, 片岡淳D, 片桐秀明E, 櫛田淳子F, 木村颯一朗F,窪秀利G, 郡司修一H, 小山志勇I, 齋藤隆之A, 櫻井駿介A, 澤田真理A,
鈴木萌E, 高橋光成A, 高原大J, 田中真伸K, 辻本晋平L, 手嶋政廣A,M,
寺田幸功, 門叶冬樹H, 中嶋大輔A, 中森健之H, 永吉勤, 西嶋恭司F,西山楽, 野崎誠也G, 林田将明J, 馬場彩N, 平子丈G, 深見哲志A,
増田周G, 山本常夏J, 吉田龍生E, Daniela HadaschA, Daniel MazinA,
他 CTA-Japan consortium

埼玉大理工, 東大宇宙線研A, 名大ISEEB, 徳島大理工C, 早稲田理工D,茨城大理E, 東海大理F, 京大理G, 山形大理H, ISAS/JAXAI, 甲南大理工J,
KEK素核研K, 東海大総合理工L, マックスプランク物理M, 東大理N

CTA LST 及び焦点面カメラ
Large Sized Telescope, LST

低エネルギー閾値 20 GeV

28 ｍ

PMT モジュールバックプレーンとのコネクタ
Slow Control Board , SCB
PMTへのHV 供給

23 m
ライトガイド集光器

焦点面検出器

2.2 m

ＰＭＴ + CW回路＋プリアンプ

視野4.5°

PMT 1855 本で構成

低エネルギー閾値 20 GeV を達成するために高性能の光検出器モジュールを開発した• 平均量子効率 40 % を超えるPMT• 300 - 500 nm での反射率 90 % 超のライトガイド• 最大 5 GHz サンプリングの Dragon ボード

LST 焦点面カメラ開発スケジュール
2017年 11 月

ミニカメラ統合試験
Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

スペイン領テネリフェ島のIACで19個のPMTモジュール単位での試験を行った
2018年春季大会 野崎講演

2018年 5-6 月

カメラ統合試験＠ Institut de Fisica d‘Altes Energies （IFAE)
カメラ筐体の水冷や電源分配などの動作確認
個別に開発されたカメラ筐体をPMTモジュールを挿入しての試験
今回の発表内容

2018年 8-9 月

カメラ統合試験＠ ラ・パルマ島 Mirca
PMTモジュール・カメラの組み立て
全モジュールからのデータ取得試験
2018年9月末

望遠鏡へのカメラインストール

カメラ構造
カメラ正面
1855 本のPMTが取り付けられカメラ本体の手前に透明な窓とシャッターがついている
水冷パイプがPMT部分周囲に設置
約 2.8 m

カメラ背面
電力供給基板 (PSU)
イーサネットスイッチ(ES)スローコントロール系(ECC)
バックプレーン (BP)
ESES

PSU

PSU

ECC

日本、スペイン、フランスグループが開発

冷却水の出入り口

LST 1 ネットワーク構成
カメラからのデータ取得• 20 GeV のガンマ線を観測しようとするとトリガーレートは 15 kHz ほどになる• 1 モジュール 150 Mbps , カメラ全体では 40 Gbps 程度でのデータ取得が必要• PMTモジュールを６つのスイッチで管理し各モジュールと 1Gbps ケーブルで接続• 各スイッチは 10 Gbps の光ファイバーケーブルでサーバーマシンと接続

PMT Modules

Managed Switch 1

PMT Modules

Managed Switch 2

PMT Modules

Managed Switch 3

PMT Modules

Managed Switch 4

PMT Modules

Managed Switch 5

PMT Modules

Managed Switch 6

Camera Control Server
データ読み出しサーバー時刻
同期

望遠鏡間
トリガー

Main
Switchトリガー
分配
Slow Control
Switch

1 Gbps ethernet cable
10 Gbps optical fiber

カメラ内部

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カメラ試験＠ＩＦＡＥ(バルセロナ)✓ PMTモジュールやカメラ筐体IFAEに輸送✓ カメラ筐体の水冷試験やPMTモジュールへの電力供給等を確認✓ PMTモジュールは動作確認をしたのちカメラに挿入✓ カメラ正面から光を当て外部トリガーを用いてのデータ取得に成功

カメラ組み立て及び統合試験＠ ラ・パルマ
カメラ筐体とモジュールを分離し、それぞれ IFAE からラパルマ
島 Mirca の倉庫へ輸送しカメラの組み立て・試験を行った
ラ・パルマ でやったこと✓ PMTモジュールへのライトガイドの取り付け✓ カメラ筐体へのPMTモジュールモジュールの挿入✓ 全モジュールからのデータ取得試験

ライトガイドの組み立て＠ ラ・パルマ
265 個のPMTモジュールにライトガイドを取り付けた
SCBフレーム

PMT× 7SCB

LG

LGフレーム1モジュール分のライトガイド

SCB

1モジュール分ずつピラーを挟んでねじ止めで取り付ける
ライトガイドを取り付けたモジュール
1 PMTを正面からみた写真

見かけの管面が大きくなっている

PMTモジュールの挿入 @ラ・パルマ
チェレンコフ光を効率的にとらえるため中心付近の量子効率が高くなるようにPMTモジュールをカメラ筐体に取り付けた✓ PMTモジュールを特に量子効率の高いものと平均的なものに分ける✓ カメラ上の位置を中心付近と端の2領域に分ける✓ 中心領域に特に高い量子効率のPMTモジュールが配置されるように挿入した
Q.E. map←実際に組み上げたカメラのQ.E.分布
二つの領域内での Q.E.配置はランダムになるようにしている

preliminary

モジュール挿入作業の様子→

カメラ全体試験@ラ・パルマ
カメラ筐体に取り付けた265モジュールで同時にテストパルスを用いた波形データの取得を行った
テストパルスの生成と経路
1. Dragon 上で矩形波を生成しSCBに送る
2. SCBで整形しプリアンプに送る
3. PMTからの波形信号と同じ経路に送る

各ピクセルでの波高値分布

結果取得した波形(1 ピクセル)

5 ns

ほぼすべてのモジュールから波形が取得できた
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PMT モジュール測定系@ラ・パルマ
カメラ筐体にPMTモジュールを取り付けての試験を行い不具合がみられるPMTモジュールの確認や予備PMTモジュールの性能測定用に測定系を組み立てた
光源ボックス

カメラへ挿入後に不具合がみられたモジュー
ルや新しく組み上げたモジュールに対して試験を行いペデスタル、ノイズ分布、クロストーク
リニアリティなどを確認した
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まとめ• IFAEではPMTモジュールとカメラ筐体を合わせて初めての試験を行い、水冷、電力分配、トリガー機能が正常に動作したことを確認した• ライトガイドをPMTモジュールに取り付け、PMTモジュールを完成させた• カメラ中心での量子効率が高くなるようにPMTモジュールを挿入した• カメラに取り付けたほぼすべてのPMTモジュールから同時に波形取得を成功させた• PMTモジュール試験用の暗箱を作成し予備PMTモジュールの正常な動作を確認した

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