CTA 報告69:
CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発
高橋光成 A, 猪目祐介 B, 上野遥 B, 大岡秀行 A, 荻野桃子 A, 折戸玲子 D, 片桐秀明 E,
櫛田淳子 F, 窪秀利 G, 郡司修一 H, 小山志勇 C, 佐々木浩人 B, 澤 田真理 I, 田中駿也 E,
手嶋政廣 A,J, 辻本晋平 F, 坪根善雄 I, 寺田幸功 C, 中嶋大輔 A, 永吉勤 C, 西嶋恭司 F,
花畑義隆 A, 林田将明 A, 馬場彩 I, 山本常夏 B ,他CTA- Japan Consortium(東大宇宙線研 A, 甲南大理工 B, 埼玉大理 C, 徳島大総科 D, 茨城大理 E,
東海大 F, 京大 G, 山形大理 H, 青山大理工 I, Max-Planck-Inst.fuerPhys. J)

2014年3月27日 日本物理学会 第69回年次大会

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Introduction

Large Size Telescope
Focal Plane Instrument

大口径望遠鏡（LST）

Cherenkov Telescope Array (CTA)

光電子増倍管
(PMT)1,855本×4基×2サイト

焦点面検出器(FPI)CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ R11920-100

PMT R11920-100㈱浜松ホトニクス

Parameters

Requirements

R11920-100 (average)

Wavelength sensitivity range

290 - 600 nm

O.K.

Peak Q.E.

> 32%

41%

Average Q.E.

> 21%

30%

Collection efficiency

> 92%

94%

P/V ratio

> 1.5

3.0

After pulsing (> 4 p.e.)

0.02%

0.0045%

Pulse width (FWHM)< 3.0 ns

3.7 nsGain~ 40,000

O.K.

Dynamic range

1 p.e. ~ 1000 p.e.

O.K.

Life (50% drop in Gain)> 200 CO.K.

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Pulse Width Problem

Pulse width problem
PMT ZQ4141✤

納品されたPMTの VGain=4e4 分布

パルス幅を短くするには電圧を上げればよい✤

電圧を上げるとゲインが高くなりすぎる

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Pulse Width Problem

Possible solutions
1. Signal attenuation
2. Fatigue (Ageing)
3. Short the 8th dynode with the anodePreampMainamp
ここへの入力ゲインを調整したいCTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Pulse Width Problem ＞

Signal attenuation✤

電圧を上げた分、プリアンプの前に抵抗を並列に挿入してgainを調整•

1/2倍と1/3.5倍の2種類用意

Signal Attenuation

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Pulse Width Problem ＞

Signal Attenuation

平均 3.57 ns

Attenuation
なし
847 V

おおよそ同じゲイン

Attenuation
1/3.5
1006 V

平均2.89 ns

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Pulse Width Problem ＞

Fatigue (Ageing)

Fatigue (Ageing)✤

PMTに光を長時間照射し続けるとgainが低下する✤

印加電圧 700 V、PMTの anode current 150 uA (DC) を25日間 (300 C)✴

Gainが約20%低下（印加電圧20-30V up に相当）✤

1,000本単位で行うには時間がかかりすぎる✤

不可逆CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発 ＞ Pulse Width Problem ＞ Short The Dynode 8th With The Anode3. Short the dynode 8th with the anode✤

最終dynodeとanodeのピンを接続して8段のPMTを実質7段に変える

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発 ＞ Pulse Width Problem ＞ Short The Dynode 8th With The Anode

Gain vs. Voltage✤

Gain=4x104 を与える電圧は200 - 300 Vほど高くなる波形✤

Signalの直後にringingが見られ、パルス幅も 0.3 ns
しか短くなっていない（改善の余地あり？）

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Summary

Summary
ChangeTimeneededSignal80 - 150 V•None
attenuation higher

Pulse
shape
•O.K.

Reversible•O.K.

Fatigue(Ageing)~ 20% gain •Several days - up
•O.K.
to a monthloss•Irreversible

Shortcut

200 - 300 V•Several minutes
higher•O.K.

•Ringing

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Summary

Summary
ChangeTimeneeded

Pulse
shape

Reversible

Signal80 - 150 V
•None
•O.K.
•O.K.
Attenuation
を採用してプリアンプの設計を固めた
attenuation higher
Fatigue(Ageing)~ 20% gain •Several days - up
•O.K.
to a monthloss•Irreversible

Shortcut

200 - 300 V•Several minutes
higher•O.K.

•Ringing

CTA 報告69: CTA大口径望遠鏡の焦点面検出器の開発＞ Summary

Summary
Attenuation を採用してプリアンプの設計を固めた
ChangeTimeneededSignal80 - 150 V•None
attenuation higher

Pulse
shape
•O.K.

Reversible•O.K.

Fatigue(Ageing)~ 20% gain •Several days - up
•O.K.
to a monthloss•Irreversible

Shortcut

200 - 300 V•Several minutes
higher•O.K.

•Ringing

今後✤

PMT の較正を進め、各PMTに対してパルス幅・ゲインを調整する✤

浜松ホトニクスの新しい７-dynode PMT のテストを行う（２基目以降のLST）