CTA 報告119: CTA大口径望遠
鏡初号機の焦点面カメラのシステム統合試験
中嶋大輔
猪目祐介B，大岡秀行A， 奥村曉C，折戸玲子D，片桐秀明E，岸田柊B，木村颯一朗F，窪秀利G，櫛田淳子F，郡司修一
H，今野裕介G，齋藤隆之G,I，櫻井駿介A，高橋光成A，武田淳希H，谷川俊介G，Dang Viet TanE，辻本晋平F，手嶋政廣
A,J，寺田幸功K，門叶冬樹H，中森健之H，永吉勤K，西嶋恭司F，西山楽K，野崎誠也G，林田将明A，馬場彩L，増田周
G，山本常夏B，吉田龍生E，吉田麻佑F，Daniel MazinA，Daniela HadaschA，他CTA-Japan consortium
東大宇宙線研A，甲南大理工B，名大ISEEC，徳島大理工D，茨城大理E，東海大理F,京大理G，山形大理H，京大白眉I，

Max-Planck-Inst. fuer Phys.J，埼玉大理K，東大理L

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CTA Cherenkov Telescope Array
次世代の地上ガンマ線望遠鏡群❖大中小3種類の口径の望遠鏡❖従来の望遠鏡よりも• 一桁高い感度• 一桁広い帯域(20 GeV - 300 TeV)
❖スペイン領ラパルマ島(北半球)、チリ・パラナル(南半球)に望遠鏡群を展開し全天を観測
大口径望遠鏡
北4台,南4台
口径 :23 m

小口径望遠鏡
北0台,南70台
口径 : 4m

中口径望遠鏡北15台,南25台
口径 : 12 m

CTA北サイト@スペイン領ラパルマ島
標高2200 m MAGIC望遠鏡に隣接して 4台のLSTを設置予定
完成予想図

MAGIC望遠鏡

現在の様子
現在LST初号機を建設中
コンクリート土台が完成
2017年11月にファーストライトの予定

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CTA大口径望遠鏡 (LST)
日本グループはLSTの焦点面カメラ・鏡の開発を主導

焦点距離 : 28 m

23 m口径

総重量 : ~120トン

焦点面カメラ

PMTモジュール

視野 : 4.5 度

PMT 7本1855 PMT Pixel
0.1度/Pixel

量子効率平均40%以上

PMTモジュール265台

費電力 :3 W/pixel 以下

総電力 7kW
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1GHz 高速波形SamplingPMTモジュール日本グループが開発を主導
焦点面のデッドエリアを低減
ESRフィルム+UV反射コーティングに浜松ホトニクスR11920 (1.5 インチ)よる高い反射率

平均ピークQE 40%以上
テストパルス生成

Light&Guide&x&7&
PMT&UNIT&x&7&

PMT印加電圧の制御等

Slow&Control&Board&

信号読み出し回路

Front=end&board&
アナログメモリDRS4チップ
Back&Plane&
Dragon&V5&board& により1GHz高速波形サンプリング

5MiniCameraを用いた統合試験
PMT, スローコントロールボード、Dragon読み出し回路等の単体での性能評価試験は終了
MiniCamera
1/14スケール(19 モジュール/133ch)のカメラを用いた統合試験
目的 :PMTモジュールとしての全数性能評価
データ収集システムの構築・評価
スローコントロール用プログラムの構築・評
価
トリガー分配試験
機械的な構造の試験、etc~2016年夏 : 宇宙線研究所にて266 pixel(全体の約15%)の試験を行った。
現在 : スペイン領テネリフェ島IAC研究所にセットアップを組み立て試験中
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IACでの作業の様子
東大、京大、甲南大から日本人合計6人で277人日PMTモジュールの組み立て試験用暗箱の組み立て

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セットアップ
暗箱内に設置した球面鏡に、その焦点からパルスレーザー光を照射	  鏡で反射された平行光がMiniCameraに入射	  前後に移動可能	  	  	  	  	  	  	  は実際のカメラに組み込まれるものと同じもの

冷却装置

+24V
電源

平行光
Mini
Camera x19

Ethernet
Switch

10Gbps SFP+

球面鏡
f=1.65Laser Diode+Filter Wheel+diffuser
at focal length

~2m

パルスジェ
ネレータ

トリガーボード

DAQ
Computer8測定・試験項目
すべて自動で• ノイズレベルの測定• HV=1400VでのSingle Photo-electronの測定• 印加電圧 vs 増幅率の測定• NominalなHV値の決定(Gain=4万)• 入射光量に対するリニアリティの測定• Nominal VoltageでのSingle photo-electron測定• 試験結果のデータベース化などを測定 (~ 3時間程度)

9Nominal Voltageの測定
Gain 4万を与える電圧値(Nominal

PMT単体測定とMiniCamera測定によVoltage)の相関

るNominal Voltageの差

MiniCamera[V]V4e4による測定(MiniCamera)

1300

161250RMS ~ 18 V

141200121150101100

81050

61000

4950
900
900

2950

10001050

1100

1150

12001250

0−100 −80

1300

V4e4(PMT QC)
PMT
単体測定
[V]

−40−20020406080100

PMT QC - MiniCamera

Single Photo-electron event
HV vs Gainの測定データより決定したnominal voltageとPMT単体で測った時のnominal voltageとの相関
ΔNominalVoltage ~ 2%程度の決定精度−6010Normalized count [a.u.]

Gain 4万でのSinglePhotoelectron分布
電荷量5ns積分
平均Photon数で規格化4万という低いゲインでもS/N ~ 4以上で10−110−210−3

はっきりとSingle photoelectronに対応する山が見えている。

−100−50050

100

150200250300

Charge [ADC count]11光子量に対するLinearity
Low Gain x 15

光子数数個~2000個程度の3.5桁に渡る範囲で5%程High Gain

度のLinearity

High Gain

Low Gain

10 % deviation~ 100 phe(Δphe ~10%)~ 2000 phe

12電荷分解能
Fractional Charge resolution σQ/Q (p.e)

h_back1HighGain
LowGain
CTA Requirement
CTA Goal
Poissonian limit

10− 1Preliminary
10210

310

Charge Q(p.e)

光子数のポアソン統計に由来する揺らぎとほぼ一致する結果が得られた。
ただし、入射光子数の決定が独立な方法で行われていないためPreliminaryな結果
CTAの要求値は、夜光等のバックグラウウンドを含んだ値。
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まとめ• 2017年11月のファーストライトに向けて、• テネリフェ島のIAC研究所へ日本で開発した初号機用カメラ部品すべてを輸送完了• IACにMiniCameraセットアップを立ち上げ、PMTモジュールの組み立作業と性能評
価試験を遂行中 (5月中に終了予定)• これまでのところ大きな問題は見つかっていない。
• バルセロナIFAE研究所で最終統合試験--> 9月頃に現地で望遠鏡へインストール• 北サイトの残り4号機までのモジュール組み立て、性能評価試験はIACにて行う

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