164

˙ ‫঺ڀݚ‬հ

KOTO ࣮‫ݧ‬ͷΧϩϦϝʔλ૿‫–ڧ‬4 ࣍‫ݩ‬ΧϩϦϝʔλͷ։ൃ–େࡕେֶখ ࣉ ࠀ ໜ, ਗ਼ ਫ ৴ ޺,cotera@champ.hep.sci.osaka-u.ac.jp, shimizu@champ.hep.sci.osaka-u.ac.jp,
ೆᑍ ૑
nanjo@champ.hep.sci.osaka-u.ac.jp
2020 ೥ (ྩ࿨ 2 ೥) 8 ݄ 2 ೔

1

ビーム近傍の検出器͸͡ΊʹຊߘͰ͸ J-PARC ϋυϩϯ࣮‫ࢪݧ‬ઃͰߦΘΕ͍ͯΔ

KOTO ࣮‫Ͱݧ‬ͷΧϩϦϝʔλ૿‫͍ͯͭʹڧ‬આ໌͢Δ [1,荷電粒子検出器
IB IB

Y(m)
UCV

2, 3, 4]ɻ΄ͱΜͲͷ݁থΧϩϦϝʔλͰ͸ɼ݁থΛԁ౵໘΍ฏ໘ʹ഑ྻ͠ɼཻࢠͷೖࣹํ޲ʹରͯ͠Լྲྀଆʹޫ

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カロリメータZ(m)ΪʔଛࣦΛଌఆ͢Δɻզʑ͕૿‫ͨ͠ڧ‬ΧϩϦϝʔλ͸ɼ

2 ࣍‫ݩ‬Ґஔ৘ใͱ࣌ؒʹՃ͑ͯԞߦํ޲ͷҐஔ৘ใ (+1࣍‫ )ݩ‬Λଌఆ͢Δ “4 ࣍‫ݩ‬ΧϩϦϝʔλ” Ͱ͋Δɻ͜ΕʹΑͬͯɼதੑࢠͱ γ ͷࣝผ͕Ͱ͖Δ͠ɼKOTO ࣮‫ݧ‬ʹ͓͚ΔதੑࢠΛ‫͢ͱݯى‬Δഎ‫ࣄܠ‬৅Λେ෯ʹ࡟‫͖Ͱݮ‬ΔɻຊߘͰ͸ɼ͜ͷ 4 ࣍‫ݩ‬ΧϩϦϝʔλͷੑೳɼཁૉٕ
ज़ʹॏ఺Λஔ͍ͯઆ໌͢Δɻಛʹɼ‫ݪ‬ஶ࿦จʹ͸௨ৗॻ͔ͳ͍։ൃͷࢥ૝ɼෳ਺ͷཁૉٕज़ͷީิ͔Β࠷ऴ‫ʹܗ‬ࢸΔ‫ܦ‬ҢɼࣦഊஊͳͲΛຊߘʹ࢒͢͜ͱͰɼࠓ‫ޙ‬ͷ‫ݕ‬ग़‫ث‬։ൃͷࢀߟʹͳΕ͹޾͍Ͱ͋Δɻਤ 1: KOTO ‫ݕ‬ग़‫ྲ্ྀث‬෦ɻͳ͔ͬͨϏʔϜϋϩʔதੑࢠ (਺ GeV/c) ͕‫ʹ͔ۇ‬ଘࡏ͠ɼഎ‫ࣄܠ‬৅ʹ‫د‬༩͢ΔɻKL ͷӡಈྔ෼෍ͷϐʔΫ͸

1.4 GeV/c Ͱ͋Δɻਤதͷ “่յྖҬ” Ͱ่յ͢Δ KL
Λ༻͍ͯ KL → π 0 νν ่յΛ୳ࡧ͢Δɻதੑࢠͱۭ‫ؾ‬ͷ૬‫༻࡞ޓ‬Λආ͚ΔͨΊɼλϯΫ಺͸ਅۭʹҾ͔ΕΔɻ

KL → π 0 νν ่յͷಛ௃͸ “2γ ͷଞʹԿ΋ͳ͍” Ͱ͋ΓɼΧϩϦϝʔλͰ 2γ Λଊ͑ɼ่յྖҬͷ΄΅શཱମ2KOTO ࣮‫ͱݧ‬ΧϩϦϝʔλ0զʑ͸ J-PARC KOTO ࣮‫ Ͱݧ‬KL → π νν ่յΛ୳ࡧ͠ɼඪ४ཧ࿦Λӽ͑Δ৽෺ཧΛൃ‫͠ݟ‬Α͏ͱ͍ͯ͠Δɻ͜ͷ่յ͸ɼ෼‫ذ‬ൺ͕ඪ४ཧ࿦Ͱ͸ 3 ×10−11 [5] ͱ‫ڧ‬֯Λ෴͏‫ݕ‬ग़‫“ Ͱث‬ଞʹԿ΋ͳ͍” Λอূ͢ΔɻΧϩϦϝʔλʹೖࣹ͢Δՙిཻࢠ͸௚্ྲྀͷՙిཻࢠ‫ݕ‬ग़‫ث‬Λ
༻͍ͯ veto ͢ΔɻΧϩϦϝʔλ͸௚‫ ܘ‬1.9 m ͷྖҬʹ 50 cm ௕ͷ undoped CsI ݁থΛੵΈ্͛ͯͭ͘ΒΕ͍ͯΔɻதԝͷྖ͘཈੍͞Εɼͦͷཧ࿦తෆఆੑ͕ 2% ͱখ͍͞ͷͰɼ৽Ҭ͸ 2.5 cm ֯ɼ֎ଆ͸ 5 cm ֯ͷஅ໘ͷ݁থͰ͋Γɼ߹෺ཧ୳ࡧʹద͍ͯ͠Δɻ͜ͷ่յ͸·ͩൃ‫͞ݟ‬Ε͓ͯΒ‫ ܭ‬2716 ຊͷ݁থ͔Βߏ੒͞ΕΔɻԼྲྀଆ͔Β PMT Λͣɼ෼‫ذ‬ൺͷ্‫ݶ‬஋͸ KOTO ࣮‫ ͕ݧ‬3 ×10−9 (90%CL)༻͍ͯγϯνϨʔγϣϯޫΛಡΈग़͢ɻ৴߸ࣄ৅ͷ γ ͸ͱ༩͍͑ͯΔ [6]ɻ0.1 GeV ͔Β 2 GeV ͷΤωϧΪʔͰ͋Γɼೖࣹ໘্ͷΓϏʔϜ͸ࡉ͘ߜΒΕɼϏʔϜͷେ͖͞͸‫ݕ‬ग़‫ث‬ೖ‫Ͱޱ‬

XY Ґஔ࠲ඪͱώοτ࣌ؒɼ͞ΒʹΤωϧΪʔΛଌఆ͢
Δɻྫ͑͹ΧϩϦϝʔλͷ 2.5 cm ֯݁থ෦ͰͷΤωϧ!
Ϊʔ෼ղೳ͸
E(GeV)ɼҐஔ#" σE /E = 0.66%⊕1.81%/!
෼ղೳ͸ 1.99 ⊕3.95/ E(GeV) (mm) Ͱ͋Δ [8, 9]ɻ

8 cm ֯Ͱ͋Δɻ͜ͷϏʔϜपғʹίϦϝʔλͰߜΓ͖ΕஔͱΤωϧΪʔΛଌఆ͠ɼπ 0 ͷ 4 ‫ݩ‬ӡಈྔΛ࠶ߏ੒͢

KOTO ‫ݕ‬ग़‫[ ث‬7] ͷ্ྲྀ෦Λਤ 1 ʹࣔ͢ɻਅۭλϯΫͷ಺෦ʹ‫ݕ‬ग़‫͕ث‬഑ஔ͞Ε͍ͯΔɻKL ϏʔϜ࣠ํ޲ʹZ ࣠ΛͱΔɻࠨ͔Β KL ɼதੑࢠɼγ Λ‫ؚ‬ΉதੑϏʔϜ͕ೖࣹ͢Δɻ‫ݕ‬ग़‫ث‬ͷ͞Βʹ্ྲྀʹ͋ΔίϦϝʔλʹΑ

KOTO ࣮‫Ͱݧ‬͸ɼ2 ‫ݸ‬ͷγϟϫʔΫϥελͷ XY Ґ

2
65

Δɻ࣌ؒ৘ใ΋Ճ͑ͯɼ৴߸ࣄ৅ͷ‫ݕ‬ग़ͱഎ‫ࣄܠ‬৅ͷ࡟ΒɼγϛϡϨʔγϣϯʹΑΔͱɼ“ ϋϩʔதੑࢠ͕௚઀

‫ݮ‬Λߦ͏ɻ͜ͷͨΊɼ͜ΕΒͷଌఆੑೳΛอͪͭͭɼΧΧϩϦϝʔλʹ౰ͨΓɼ2 ͭΫϥελΛͭ͘Δഎ‫ࣄܠ‬৅ϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬Λߦ͏ඞཁ͕͋ͬͨɻ

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3ϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ҊΛ‫ؚ‬Ίɼ͍͔ͭ͘ͷରࡦ͕‫ݕ‬౼͞Ε͕ͨɼ2013 ೥͔Βͷ࠷ॳͷ෺ཧϥϯ΋ۙ͘ɼଞʹ΋ผͷ໰୊͕જΜͰ͍

2013 ೥ʹऔಘͨ͠ KOTO ࣮‫ॳݧ‬ͷ෺ཧϥϯͷσʔλΔ͔΋͠Εͣɼ·ͣσʔλͰ֬ೝ͠Α͏ɼͱ͍͏ํ਑ΛղੳͰɼҎԼͷΑ͏ͳϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ (ਤ 2ͱͬͨɻ࣮ࡍʹ 2013 ೥ͷ෺ཧϥϯΛ࣮ࢪ͠ɼσʔλΛӈ) ͕͋Δ͜ͱ͕Θ͔ͬͨɻϏʔϜϋϩʔதੑࢠ͕௚઀

ղੳͨ݁͠ՌϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ͷଘࡏ͕໌Β͔ΧϩϦϝʔλʹೖࣹ͠ɼϋυϩϯγϟϫʔΛ͓͜͠ɼ1ʹͳͬͨɻͦͷ‫ޙ‬͸ղੳʹΑΓϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬‫ݸ‬໨ͷΫϥελΛͭ͘Δɻͦ͜Ͱੜ੒͞Εͨதੑࢠ͕ԣ

৅ͷ࡟‫ݮ‬ೳྗΛ޲্ͤ͞ɼ౰໘͸͜ͷഎ‫ࣄܠ‬৅ʹରॲͰํ޲ʹඈΜͰผͷ৔ॴʹώοτ͠ɼ2 ‫ݸ‬໨ͷΫϥελΛ

͖Δํ޲ੑΛ‫ݟ‬ग़ͭͭ͠ɼσʔλऔಘͱଞͷ‫ݕ‬ग़‫ث‬ͷ૿ͭ͘ΔɻΧϩϦϝʔλ XY ฏ໘্ͰͷΫϥελؒͷ‫཭ڑ‬‫ڧ‬Λߦ͍ͬͯͨɻҰํͰ 2015 ೥ʹೖͬͯ͘Δͱɼ౰࣌͸ɼ30 cm ͔Β 100 cm ఔ౓·Ͱ޿͘෼෍͢Δɻ͸ J-PARC ͷՃ଎‫ڧ૿ث‬ͷͨΊͷ௕‫ ͕ؒظࢭٳظ‬2018

信号

ハドロンクラスタ背景事象೥ʹ༧ఆ͞ΕɼͦͷλΠϛϯά͕େ‫ن‬໛ͳ‫ݕ‬ग़‫ڧ૿ث‬Λߦ͏ྑ͍‫ػ‬ձͳͷͰɼͦΖͦΖকདྷʹඋ͑ͯΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬Λߟ͑ͳ͍ͱͳɼͱ͍͏ঢ়‫Ͱگ‬΋͋ͬͨɻͦͷΑ2γ

͏ͳதɼJ-PARC ͔Βؔ੢ʹ໭Δৗ൬ઢಛ‫ٸ‬ͷதͰɼࢁ中性子

KL → π 0 ννத୎ࢯͱೆᑍͰͦΖͦΖ΍Δ͔ɼͱ͍͏࿩Λͯ͠ɼ݁থ
্ྲྀʹޫηϯαΛઃஔ͢Δ͜ͱΛٞ࿦ͨ͠ɻ͜ΕΛ‫ػܖ‬ʹຊ֨తͳ‫ݕ‬౼͕͸͡·Γɼ2018 ೥ͷΠϯετʔϧʹਤ 2: ৴߸ (ࠨ) ͱϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ (ӈ)ɻ޲͚ͯ‫ܭ‬ը͕ελʔτͨ͠ɻੑೳͷΈΛ௥‫͢ٻ‬Δͱࡍ‫ݶ‬ͳ͕͔͔࣌ؒ͘Δ͠ɼτϦοΩʔͳσβΠϯʹͳΔͱࣦ

2 Ϋϥελ͔Β࠶ߏ੒ͨ͠ π ͱɼΫϥελ‫ܗ‬ঢ়Λ࢖ͬഊͷϦεΫͱɼͦΕΛճ෮͢ΔͨΊͷ͞ΒͳΔ࣌ؒͱίͨࣄ৅બ୒ͷ‫ޙ‬΋ɼϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅͸ओཁͳετ͕͔͔Δ͜ͱ͕͋Δɻ෺ཧ͔Βͷཁ‫ٻ‬Λ໌֬ʹ͢Δ

എ‫ࣄܠ‬৅Ͱ͋ͬͨɻද 1 Λ‫ݟ‬ΔͱɼσʔλऔಘΛॏͶɼ͜ͱ͕ॏཁͰɼզʑͷεϩʔΨϯ͸ “ ‫ݕ‬ग़‫ Ͱث‬1/10 ʹ୳ࡧ‫( ౓ײ‬SES1 ) ͕޲্͢Δͱ‫ʹڞ‬ɼղੳʹΑΔϋυϩ

࡟‫ͨ͠ͱ ”ݮ‬ɻ2018 ೥ʹΠϯετʔϧͰ͖Δ͜ͱΛ‫͘ڧ‬ϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ͷ࡟‫ݮ‬ೳྗ͕޲্͍ͯ͠Δ͜ͱ͕Θҙࣝͯ͠ɼϕετͳੑೳͱɼཁ‫ٻ‬Λຬͨ͢‫ݎ‬࿚͞ͱͷ‫ڱ‬͔Δɻ‫ݱ‬ঢ়ͷ࡟‫ݮ‬ੑೳΛ༻͍ΔͱɼKOTO ࣮‫ݧ‬ͷ໨ඪؒͰɼΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬ͷઃ‫ܭͱܭ‬ըΛ‫ݕ‬౼͍ͯ͘͜͠

0−11) Ͱ͸ɼϋυϩϯ
Ϋϥελഎ‫ࣄܠ‬৅͸ 0.5 ࣄ৅ͱͳΔͷͰɼ͞Βʹ 1/10

ͱ͢Δඪ४ཧ࿦‫( ౓ײ‬SES = 3 ×10

ఔ౓ͷվળ͕ඞཁͰ͋ΔɻΧϩϦϝʔλͷΈ͕ؔ༩͢Δഎ‫ࣄܠ‬৅Ͱ͋ΓɼΧϩϦϝʔλ૿‫ʹڧ‬ΑΔഎ‫ࣄܠ‬৅࡟‫ݮ‬͕ຊߘͷओ୊Ͱ͋Δɻ

2013
2015
2016-18

1.3 ×10−8
1.3 ×10−9

6.9 ×10−10∗5݁থ྆ಡΈʹΑΔഎ‫ࣄܠ‬৅࡟‫ݮ‬
ਤ 2 ࠨͷΑ͏ʹɼ৴߸ࣄ৅ͷ γ ͷ৔߹ɼ์ࣹ௕͕

ද 1: KOTO ࣮‫͚͓ʹݧ‬ΔϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ͷධՁ (∗ :preliminary)[6, 10, 11]ɻσʔλऔಘ೥ ࣮‫( ౓ײݧ‬SES)ͱͱͳͬͨɻ

എ‫ࣄܠ‬৅‫ੵݟ‬Γ

0.18
0.24
0.02∗

1.9 cm ͳͷͰɼओʹ݁থ্ྲྀ෦Ͱ૬‫༻࡞ޓ‬Λͯ͠ΤωϧΪʔΛམͱ͢ɻਤ 2 ӈͷΑ͏ʹɼϋυϩϯΫϥελഎ‫ࣄܠ‬৅ͷ 2 ‫ݸ‬໨ͷΫϥελ͸ɼ݁থͷԼྲྀଆʹώοτ͢Δ܏޲ʹ͋Δɻ͜ͷ݁থԞߦ͖ํ޲ͷώοτҐஔΛಘΔͱɼഎ‫ࣄܠ‬৅ΛޮՌతʹ࡟‫͖Ͱݮ‬Δɻ݁থͷԼྲྀ୺͔Βͷ PMT ಡΈग़͠ʹՃ͑ͯɼ্ྲྀ୺ʹ௿෺࣭ྔͷ൒ಋମޫηϯα MPPC Λ઀ண͠ɼ྆ଆ͔ΒγϯνϨʔγϣϯޫΛಡΈग़͢ (ਤ 3)ɻ͜ͷ࣌ؒࠩ ∆T = TM P P C −TP M T

ͱఆٛ͢ΔͱɼγϯνϨʔγϣϯޫͷ఻೻଎౓ v ɼ݁থ

4͜ͱͷ͸͡·Γ্ྲྀ୺͔ΒͷҐஔ Z ɼ݁থͷ௕͞ L Λ༻͍ͯ ∆T ͸Ҏ

2012 ೥ 8 ݄ (2013 ೥ͷ KOTO ࣮‫ॳݧ‬ͷ෺ཧϥϯͷ 1೥ऑલ) ʹ૿ా޹඙ࢯ (౰࣌‫౎ژ‬େֶɼ‫ݱ‬Ԭࢁେֶ) ͔
1 Single Event Sensitivity:͜ͷ෼‫ذ‬ൺͷ่յΛɼࣄ৅બ୒ͷ‫ ޙ‬1ࣄ৅‫؍‬ଌ͢Δ͜ͱ͕‫ظ‬଴͞ΕΔɻ

2 KOTO ࣮‫ݧ‬ͷલ਎ͷ KEK E391a ࣮‫Ͱݧ‬͸ɼ͜ͷഎ‫ࣄܠ‬৅͸Ϧετ͞ΕͣϊʔϚʔΫͩͬͨɻE391a ࣮‫Ͱݧ‬͸݁থͷԞߦ௕͕͞
30 cm Ͱ͋Γɼ୹͍෼ 2 ‫ݸ‬໨ͷΫϥελΛͭ͘ΔΑ͏ͳதੑࢠ͕݁
থͱ൓Ԡ͠ʹ͘͘ɼഎ‫ࣄܠ‬৅ͷ‫د‬༩͕૬ରతʹগͳ͔ͬͨɻ

366

ԼͷΑ͏ʹॻ͚Δɻ∆T =ѹΛ‫͠څڙ‬ɼਊઢଆ͔Β৴߸Λग़ྗ͢Δɻ͜ͷέʔϒϧΛΧϩϦϝʔλपล෦·Ͱಋ͘ (έʔϒϧ௕ 3.5 m)ɻͦL−Z
Z − L/2
Z
−
=
.
v
v
v/2

(1)

࣌ؒࠩ ∆T ͔Β Z ͷ৘ใΛಘΔɻ͜Ε͕࣮‫͢ݱ‬Δͱ XY࠲ඪɼ࣌ؒʹՃ͑ͯ Z ࠲ඪଌఆ͕ՄೳͱͳΓɼ4 ࣍‫ݩ‬ΧϩϦϝʔλͱͳΔɻ͜ͷ݁থʹΑΔ 4 ࣍‫ݩ‬ΧϩϦϝʔλͷख๏͸ɼզʑͷ஌Δ‫ݶ‬ΓੈքͰॳΊͯͰ͋Δɻ͜ʹόΠΞε‫څڙ‬ճ࿏ͱ৴߸༻ΞϯϓΛઃஔ͠ɼU.FL
έʔϒϧ 4 ຊ෼ͷ৴߸Λ଍͠߹Θͤͯग़ྗ͢Δ (256 ग़ྗ)ɻ͜ͷΞϯϓग़ྗʹ͸ Ethernet έʔϒϧ4 (128 ຊ) Λ༻͍ɼ2 ‫ݸ‬ͷࠩಈϖΞΛ 1 ͭͷέʔϒϧͰ఻ૹ͢Δɻ͜ΕΛϑΟʔυεϧʔΛհͯ͠ਅۭνΣϯόͷ֎΁ग़͠ɼ͞Βʹ Ethernet έʔϒϧΛհͯ͠೾‫هܗ‬࿥ ADC ·Ͱಋ͘ɻundoped CsI : 50cm
MPPC

PMT
時間差 : ΔT=TMPPC-TPMT

7

ੑೳධՁ

ΔT(信号) < ΔT(ハドロンクラスタ背景事象)

7.1

ԞߦҐஔͱ྆ಡΈͷ࣌ؒࠩͷධՁਤ 3: ྆ಡΈʹΑΔԞߦ͖Ґஔͷநग़ɻ݁থͷ྆ಡΈͷ‫ૅج‬ಛੑࢼ‫ݧ‬ͷͨΊʹɼ5 cm ֯ 50 cm
௕ CsI ݁থͷย୺ʹ PMT ΛऔΓ෇͚ɼ൓ର୺ʹ MPPCΛऔΓ෇͚ͨɻԞߦํ޲ͷ Z ҐஔຖʹτϦΨʔΧ΢ϯλΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬ͷ֓ཁͷ෼෍Λಘͨɻ͋Δಛఆͷ Z ҐஔͰͷ ∆T ෼෍Λਤ 5

PMT ಡΈग़͠ͷ৘ใ͔Βߏஙͨ͠Ϋϥελʹରͯ͠ɼMPPC ಡΈग़͠Λ࢖ͬͯɼ྆୺ͷ࣌ؒࠩΛଌఆͰ͖Ε͹Α͍ɻ͜ͷͨΊɼγ ͷγϟϫʔͷԣํ޲ͷ޿͕Γఔ౓(ϞϦΤʔϧ൒‫ ܘ‬3.5 cm) ͷ 10 cm ֯ͷྖҬΛ·ͱΊͯಡΈग़͢͜ͱʹͯ͠ɼಡΈग़͠νϟϯωϧ਺Λ 256 νϟϯωϧʹ཈੍ͨ͠ɻΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬ͷ֓ཁΛਤ 4 ʹ
ࣔ͢ɻ6 mm ֯ MPPC Λ 2.5 cm ֯݁থʹ 1 ‫ݸ‬ɼ5 cm

ࠨʹࣔ͢ɻӉ஦ઢʹΑΔ 5 cm ؏௨ͰͷΤωϧΪʔଛࣦ

28 MeV ʹରͯ͠ɼ∆T ͷ෼ղೳ͸ 1.1 ns Ͱ͋ͬͨɻZ Ґஔຖʹ͜ͷϐʔΫΛϓϩοτͨ͠ͷ͕ਤ 5 ӈͰ͋Δ (Z-∆T ૬ؔ)ɻ50 cm ʹରԠ͢Δ ∆T ͸ 7.4 ns ͳͷͰɼ͜ͷ࣌ͷ Z Ґஔʹର͢Δ෼ղೳ͸ 1.1/7.4×50 = 7.4 cm ఔ౓ͱΘ͔Δɻࣜ 1 ͷ 1/v ʹରԠ͢Δ఻೻࣌ؒ͸ɼ7.4 ns/mͱɼޫ଎ʹΑΔ఻೻ͷ 2 ഒ‫ͳͱڧ‬Γɼ۶ં཰ 2 ͷ݁থதͷޫ఻೻Ͱ΄΅આ໌Ͱ͖Δ5 ɻ

͢ΔɻόΠΞεిѹҹՃͱ৴߸ग़ྗ͸ MPPC4 ‫ݸ‬෼3 Λ
Ұ·ͱΊʹ͢Δ (1024 ‫ݸ‬ͷग़ྗ)ɻ͜ͷ·ͱ·Γʹର͠

160

TD
1081
−10.171.308
6.043 / 8
0.6424145.6 ± 6.2−10.18 ± 0.04
1.133 ± 0.042

EntriesMean
RMS
χ2 / ndf
Prob
Height
Mean
Sigma

140
120
100
80

Mean

# of eventsͧΕͷ MPPC Λճ࿏‫ج‬൘ (डಈૉࢠͷΈ) ʹ͸Μ͚ͩͮ

事象数֯݁থʹ 4 ‫઀ݸ‬ண͢Δ (߹‫ ܭ‬4080 ‫ݸ‬ͷ MPPC)ɻͦΕίωΫλΛ࢖͏͜ͱΑΓ U.FL έʔϒϧͱ‫ݺ‬শ) Λ઀ଓ

−9

− 11

− 12
− 13
− 14
− 15

40

χ2 / ndf
9.919 / 6Prob
0.1281p0−16.28 ± 0.04032
p1
0.1488 ± 0.001399

− 16

20
0
−20

− 17

−18

−16

−14

−12

−10

−8

−6

−4

−2

0

ΔT(ns)Δ t (ns)͢Δ (1024 ຊ)ɻ͜ͷγʔϧυಔ໢ઢଆ͔ΒόΠΞεి
Vacuum Air

−8

− 10

60

ͯɼ1.1 mmφ ͷࡉ͍ಉ࣠έʔϒϧ (ώϩηి‫ ࣾػ‬U.FL

ΔT分布のピーク(ns)
Δt
(ns)

6

Λ഑ஔͯ͠ɼӉ஦ઢʹΑΔ࣌ؒࠩ ∆T = TM P P C −TP M T

− 18
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

MPPCからの距離(cm)Distance from MPPC (cm)

ਤ 5: Ӊ஦ઢʹΑΔ ∆T ෼෍ (ࠨ) ͱ Z-∆T ૬ؔ (ӈ)[12]ɻ

4080MPPCs→1024 cables → 128 cables
256 outputs
feed through
1.1mmφcoaxial cable
3.5m

summing amp.
Ethernet cable(2 diﬀerential pair/cable)

7.2݁থͷ‫ݸ‬ੑͱ Z-∆T ૬ؔ

KOTO ࣮‫͍͍ͯ༻Ͱݧ‬Δ 50 cm ௕ CsI ݁থ͸ FNAL
ͷ KTeV ࣮‫ݧ‬ͷΧϩϦϝʔλͰ༻͍ͨ݁থΛ࠶ར༻͠
͍ͯΔɻͦͷ 8 ׂ͸ɼ25 cm ௕ͷϒϩοΫΛ઀ணͯ͠‫ܧ‬͗߹Θ͍ͤͯΔɻ઀ண݁থʹ͍ͭͯ͸‫͗ܧ‬໨ʹରͯ͠ɼ(1MPPC/2.5cm□)x4

4MPPCs/5cm□

ਤ 6 ͷΑ͏ͳ Z-∆T ૬ؔʹෆ࿈ଓ͕͋Δ܏޲͕͋Δɻ͜ͷ‫ݪ‬Ҽͱͯ͠ɼਤ 6 ӈͷΑ͏ͳ‫͗ܧ‬໨௨աͷࡍͷޫਤ 4: ΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬ͷ֓ཁɻ
3 Ұ෦ 3 ‫ݸ‬෼Λ·ͱΊͨɻྔ‫ݮ‬ਰ͕‫ݕ‬౼͞ΕͨɻPMT ಡΈग़͠Ͱ͸ɼ௚઀ PMT
4 ΧςΰϦ 6 ͷ Shielded with Foiled Twisted Pairs ͷέʔϒϧ
5 CsI ݁থͷ۶ં཰͸ 310 nm ෇ۙͰ͸ 2.0ɻ500 nm ෇ۙͰ͸
1.8ɻ

4

਺͕ҟͳΓɼ൓ࣹޫͷ૬ରతͳ‫ݮ‬ਰ͕มΘΓɼ೾‫ܗ‬ͷࠩ

3

10

102

ͱͳͬͯ‫ݱ‬ΕΔɻMPPC ಡΈग़͠Ͱ΋ಉ༷ͷޮՌ͕͋# of events

ࣹޫ͕͋Δɻ্ྲྀ෦ൃޫͱԼྲྀ෦ൃޫͰɼ‫͗ܧ‬໨௨աճ

ToF
Entries 365073
Mean
48.68
RMS
19.48

γ

104

# of eventsʹ౸ୡ͢Δޫͱɼ্ྲྀ୺Ͱ൓ࣹ͞Εͯ஗Εͯ౸ୡ͢Δ൓

# of events# of events

67
0.12

γ

0.1

neutron

0.08
0.06

N

0.04
10

6

0.02

Γ ɼ೾‫͔ܗ‬Βώοτ࣌ؒΛ‫ٻ‬ΊΔࡍͷόΠΞε͕ੜ͡ɼ01

Δt Mean (ns)ΔT分布のピーク(ns)‫͗ܧ‬໨Ͱͷෆ࿈ଓͷ‫ݪ‬ҼͱͳΓಘΔ [12]ɻ
−8
−9

− 10

χ2 / ndf
10.61 / 2
Prob0.004962
p0−16.54 ± 0.03426
p1
0.1083 ± 0.002194

−40

−20

0

20

40

60

80

100

120

140

TOF (ns)
TOF(ns)

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

ΔT(ns)
ΔT(ns)

ਤ 7: CsI ݁থͷώοτ࣌ؒ෼෍ (ࠨ) ͱதੑࢠͱ γ ͷ∆T ෼෍ (ӈ)[12]ɻ

− 11

− 12
− 13
− 14

7.4

− 15

χ2 / ndf
8.225 / 2
Prob0.01637p0−15.92 ± 0.06287
p1
0.1274 ± 0.001664

− 16
− 17
− 18
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

ΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬ͷ‫ޙ‬ɼ2019 ೥ 2 ݄͔Β 4 ݄ʹ KOTO

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ΑΔഎ‫ࣄܠ‬৅࡟‫ݮ‬͸ (4.0 ± 0.6) ×10−2 ͱͳΔɻΫϥελ޿͘෼෍͢Δɻ෼෍ͷதԝ෦͕ԜΉ‫ݪ‬Ҽ͸ɼ7.2 અͰड़΂ͨ 25 cm ௕ϒϩοΫΛ‫߹͗ܧ‬Θͤͨ݁থͰͷɼZ-∆T૬ؔͷෆ࿈ଓʹ͋Δɻγ Λ 90%ಘΒΕΔΧοτҐஔΛ༻͍Δͱɼதੑࢠͷࣄ৅਺͸ 32%ʹͳͬͨɻO(100) MeV

1.4

ΔT

1.2

TMPPC

1

TPMT

0.8

# of eventsʹҐஔ͢Δɻதੑࢠ͸૬‫༻࡞ޓ‬௕͕ 38 cm ͱ௕͍ͷͰ෯Timing resolution (ns)ͷώοτҐஔ෼෍ͱΈͳͤɼ༧૝௨Γ γ ͷώοτ͸্ྲྀ
0.06

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neutron sample(Data)

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Deposit energy (MeV)026 28 30 32 34 36 38 40 42 44
Δ T(ns)ͷΤωϧΪʔྖҬͰ 1 Ϋϥελʹରͯ͠͸ɼγ ͷબ୒ޮ
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5
68
シリコーン

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2

(2)

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Δ͜ͱ͕Θ͔Δɻ∆T ͱ ∆Tinv Λ྆ํ༻͍Δͱੑೳ͕ΔͷͰɼ҆ՁͰ͋Δ͜ͱ͸࣮‫ݱ‬Մೳੑͷ‫Ͱ఺؍‬ॏཁͰ͋

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# of events

ハドロンクラスタ背景事象

中性子

0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
−8

8.2

KL→ 3π0(Data)

MPPC όΠΞεճ࿏

neutron sample(Data)

MPPC ͷόΠΞεճ࿏ͷஈ֊Ͱɼ࢛ͭͷ MPPC Λ·ͱΊΔख๏ʹؔͯ͠͸ɼࡾͭͷํ๏Λ‫ݕ‬౼ͨ͠ɻਤ 11ʹͦͷճ࿏ਤΛࣔ͢ɻ౰ॳ͸ɼ௚ྻ઀ଓͷ࠾༻Λ‫ݕ‬౼͠
−6

−4

−2

0

2

4
6
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ਤ 9: தੑࢠͷ TOF ͱ݁থதͷޫͷ఻೻ (ࠨ)ɼ∆Tinv
෼෍ (ӈ) [13]ɻ

WĂƌĂůůĞů

^ĞƌŝĞƐ

8

ཁૉٕज़

8.1

ޫηϯα

զʑ͸݁থͷ্ྲྀ୺ͷޫηϯαʹਤ 10 ʹࣔ͢඿দϗτχΫεࣾ10 ੡ MPPC S13360-6050CS Λ༻͍ͨɻηϯαͷαΠζ͕ 6 mm ֯ɼϐΫηϧαΠζ͕ 50 µm ֯ɼηϯαอ‫ޢ‬ͷද໘ίʔτ͕γϦίʔϯͰ͋Δɻ͜ͷબఆཧ
10 ඿দϗτχΫε‫ࣜג‬ձࣾ; ੩Ԭ‫ݝ‬඿দࢢத۠࠭ࢁொ 325-6

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ƌĞĂĚŽƵƚ

͘ ͞,ǇďƌŝĚ͘͟ ƌ ͘ Ϯƌ͘ ͘ƌ ͘͘ ͘ ͘Ϯƌ͘͘ ͘ ƌ ͘ ƌƌĞĂĚŽƵƚ

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ฒྻ઀ଓʢதʣɼϋΠϒϦου઀ଓʢӈʣɻ
11 ΧϩϦϝʔλ্ྲྀ෦͸ɼ·ͣ౦೔ຊେ਒ࡂͷӨ‫݁Ͱڹ‬থ͕‫ݸ‬ผʹ Z ࣠ํ޲্ྲྀʹಈ͍͍ͯΔɻ͜ΕҎ্ඈͼग़͢͜ͱ͕ͳ͍Α͏ʹ
CFRP ΞϧϛϋχΧϜϓϨʔτͰ࡞ͬͨ଱਒༻݁থΧόʔ͕͋Γɼͦͷ্ྲྀʹՙిཻࢠ‫ݕ‬ग़‫͕͋ث‬Δɻ࣮ࡍ͸଱਒༻݁থΧόʔΛ࡞Γ௚͠ɼՙిཻࢠ‫ݕ‬ग़‫ث‬Λ 2mm ্ྲྀʹಈ͔͠ඞཁͳεϖʔεΛ֬อͨ͠ɻ

669ͱ౳ՁͰ͋ΔͨΊɼ৴߸‫ݯ‬ͷ MPPC ͔Β‫ݟ‬Ε͹ճ࿏ͷͨ͠தੑࢠΛɼͦͷӡಈΤωϧΪʔʹԠͨ͡μϝʔδྔ౳Ձ༰ྔ͸௨ৗͷ࢛෼ͷҰʹͳͬͨΑ͏ʹৼΔ෣͏ɻ͠ͰॏΈ͚ͮ͠ɼ1 MeV ͷӡಈΤωϧΪʔΛ࣋ͬͨதੑࢠ

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MPPC ʹ͔͔ΔిѹΛৗʹҰఆʹอͭ͜ͱ͕Ͱ͖Δํ๏

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݁Ռతʹ࠾༻͢Δ͜ͱʹͳͬͨͷ͸ɼMEG II ࣮‫Ͱݧ‬࢖ΘΕ͍ͯΔʮϋΠϒϦουʯ઀ଓͰ͋Δɻ͜Ε͸ɼ্ϑϩϯτΤϯυճ࿏

8.4

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গ͠Ͱ΋ੑೳΛྑ͍ͨ͘͠ͱ͍͏‫͔͍ࢥ͍ڧ‬Βɼ͜ͷख

50 Ω ৴߸ड৴෦

8.4.1

๏Λ࠾༻͢Δ͜ͱʹܾΊͨɻ݁Ռతʹ࢛ͭͷ݁থͷ͏ͪ

3.5 m ͷಉ࣠έʔϒϧΛհͯ͠ MPPC ͔Β৴߸ΛडҰͭʹϋΠϒϦου઀ଓʹඞཁͳ෦඼Λ·ͱΊͨ‫ج‬൘Λ৴͢ΔͷͰɼ൓ࣹΛ๷͙ͨΊ 50 Ω Ͱऴ୺͢Δඞཁ͕͋ஔ͖ʢͦͷ໾ׂ͔ΒώΤϥϧΩʔ‫ج‬൘ͱ໊෇͚ͨʣɼ࢒
Γͷࡾͭʹ෼഑͢Δ‫ͨ͠ͱܗ‬ɻਤ 4 ࠨԼʹ΋ͦͷ઀ଓΛΈΔ͜ͱ͕Ͱ͖Δɻ

サミングアンプ

MPPCバイアス電圧

x4

8.3

MPPC ͷ์ࣹઢ଱‫ٱ‬ੑ

51

差動バッファ

51

-

AD80
011
AD801151+

MPPCからの4入力

0.22u

MPPCx4

51
51

MPPC ͕์ࣹઢʹΑͬͯଛইΛड͚Δͱɼ҉ిྲྀ͕૿Ճ͠ɼS/Nɼ࣌ؒ෼ղೳ͕௿Լ͢ΔɻಛʹɼϏʔϜϥΠϯʹ‫·ؚ‬ΕΔதੑࢠ͕Ҿ͖‫͢͜ى‬ଛইʹ͍ͭͯɼຊϓϩδΣΫτͷॳ‫ݕʹظ‬౼ͨ͠ɻ์ࣹઢଛইͷӨ‫ڹ‬ΛՃຯ

1k

0.1u

信号パルス
暗電流

+
AD80
065
AD8065

-

51

out+

330

220+330+

AD8011AD80
011ͨ͠தੑࢠͷྲྀྔʢϑϧΤϯεʣ͸ 1 MeV-n/cm2 ͱ͍͏୯ҐͰ͋ΒΘ͞ΕΔɻ͜Ε͸ɼ୯Ґ໘ੵ͋ͨΓΛ௨ա

out-

220
2

-

50Ω信号受信部

51

ਤ 12: ϑϩϯτΤϯυճ࿏ɻ770ΔɻΦϖΞϯϓ AD8065 ͷ −ೖྗ୺ࢠ ͸ɼԾ૝୹བྷʹδʹରͯ͠ɼS/N > 20(Noise ͸ MPPC ͷμʔΫύϧΑΓ 0V ʹอͨΕΔɻ͜ͷͨΊɼೖྗ෦ͷ 0.1 µF ͱ 51 Ωεͷ‫د‬༩͕ओ) Ͱඇઢ‫ܗ‬ੑ 1%ҎԼͱ͍͏े෼ͳੑೳͰ

͸άϥϯυʹ઀ଓ͞Ε͍ͯΔΑ͏ʹ‫͑ݟ‬Δɻ͜Εͱ͍ۙ͋ͬͨɻ‫Ͱ཭ڑ‬ಉҰ‫ج‬൘্ʹ 1 kΩ ͷ఍߅͕ฒྻʹ഑ஔ͞Ε͍ͯΔɻ͜ΕΒ͸ MPPC ग़ྗύϧεͷଳҬͰ͸ҰମʹΈ͑ͯɼશମͱͯ͠ 50 Ω ͷΠϯϐʔμϯεʹΈ͑Δɻ

Ξϯϓग़ྗ೾‫ܗ‬ͷ࿪Έ

8.5

ॳஈͷαϛϯάΞϯϓʹ͸౰ॳ͸ଳҬ͕ 80 MHz(ήΠ8.4.2αϛϯάΞϯϓ (summing amplifier)ϯ 1) ·Ͱͱ΍΍‫͍ڱ‬ผͷΦϖΞϯϓ (AD8034) Λ‫ݕ‬౼͍ͯͨ͠ɻ͜ͷप೾਺ଳҬ͸ɼMPPC ग़ྗ೾‫ܗ‬ͷ Fourier

4 ຊͷ MPPC ೖྗ͔Βͷిྲྀύϧε͕ɼ0.1 µF ΛհղੳΛͯ͠ɼMPPC ग़ྗͷप೾਺ଳҬͷ΄ͱΜͲΛΧͯ͠ΦϖΞϯϓ AD8065 ͷ − ୺ࢠۙ͘Ͱ߹ྲྀ͢Δɻ͜όʔ͢Δ͜ͱ͔Βܾఆͨ͠ɻͱ͜Ζ͕ɼग़ྗ೾‫ʹܗ‬ਤ 13ͷΦϖΞϯϓͷ୺ࢠ͸ઈԑੑ͕ߴ͘ɼͦΕͧΕͷిྲྀύࠨʹࣔ͢ɼ࣍ͷΑ͏ͳ࿪Έ͕‫؍‬ଌ͞Εͨɻग़ྗ೾‫ܗ‬ͷ࠷ϧε (Ii (i = 0 · · · 3)) ͷ࿨͕ΦϖΞϯϓͷ‫ؐؼ‬ଆͷ 50 Ω!
఍߅ΛྲྀΕɼV = −50 Ω × ( i Ii ) ͱ͍͏ిѹग़ྗͱॳʹ‫ۃٯ‬ੑͷग़ྗ͕͋ΓɼϐʔΫ෇ۙͷ্ཱΓํ΋࿪ΜͳΔɻ͜͏ͯ͠ 4 ೖྗͷ࿨ʹൺྫ͢Δग़ྗ͕ಘΒΕΔͷ

Ͱ͍Δɻ‫ۃٯ‬ੑͷग़ྗ͸ɼओͱͳΔग़ྗʹઌߦ͢ΔΑ

Ͱɼ͜ͷΑ͏ͳΦϖΞϯϓͷߏ੒͸αϛϯάΞϯϓͱ‫ݺ‬͏ʹΈ͑ɼ౰ॳಾͰ͕͋ͬͨɼ−ೖྗ୺ࢠ ͷԾ૝୹བྷ͕

͹ΕΔɻͷ্ཱΓํͷ࿪Έ͸ɼೖྗ೾ߴʹΑͬͯҟͳΔԠ౴Λ͠ҡ࣋ग़དྷ͍ͯͳ͍͜ͱ͕‫ݪ‬ҼͱΘ͔ͬͨɻϐʔΫ෇ۙΦϖΞϯϓʹ͸ೖྗ෦͕ FET Ͱઈԑੑͷߴ͍ AD8065

ͯɼ೾‫͕ܗ‬มԽͯ͠͠·͍ͬͯΔɻ͜Ε͸ɼ೾‫͔ܗ‬Β࣌Λબ୒ͨ͠ɻ145 MHz ͷଳҬ (ήΠϯ 1) ·ͰԠ౴͢Δɻؒ৘ใΛҾ͖ग़͢ࡍͷόΠΞεͱͳΔɻҎ্ͷ͜ͱ͔ਅۭதͰྫྷ٫Մೳͳ 64 mW ͷফඅిྗͰ͋ΔɻαϛϯΒɼߴप೾Ԡ౴͕໰୊ͱͳ͍ͬͯΔͱߟ͑ɼप೾਺ଳҬάΞϯϓͷ‫ؐؼ‬఍߅Λେ͖͘͢Δ͜ͱͰɼΑΓେ͖ͳి͕ 145 MHz ͱ΍΍ߴ͍ AD8065 Λબ୒ͨ͠ɻ͜ͷ݁ՌѹήΠϯΛಘΔ͜ͱ͕Ͱ͖Δ͕ɼզʑͷ༻్Ͱ͸͢Ͱʹ

ਤ 13 ӈͷΑ͏ʹग़ྗ೾‫ܗ‬ͷ࿪Έ͕վળͨ͠ɻ

8.4.3

ࠩಈग़ྗόοϑΝ

AD8034(80MHz)
Vin=0.05[V]1

Vin=0.10[V]Vin=0.30[V]Vin=0.49[V]AD8065(145MHz)
1

Vin=0.05[V]Vin=0.10[V]Vin=0.30[V]Vin=0.49[V]Vin=0.69[V]0.5

Vin=0.69[V]0.5

2 ஈ໨͸ࠩಈग़ྗ༻ͷόοϑΝͰɼ15 m ͷ EthernetέʔϒϧΛհͯ͠೾‫ܗ‬औಘ ADC ΁ࢸΔ৴߸ΛυϥΠϒ͢

Voltage[a.u]Voltage(a.u.)͍ͳ͍ɻVoltage(a.u.)
Voltage[a.u]ήΠϯ͕े෼Ͱ͋ΔͷͰɼ‫ͯ͑׶‬େ͖ͳήΠϯʹ͸ͯ͠

出力波形
0ΔɻΦϖΞϯϓ͸ AD8011 Λ࠾༻ͨ͠ɻͪ͜Β͸ిྲྀ‫ؐؼ‬

0
100

200

‫͏͍ͱܕ‬छྨͷΦϖΞϯϓ (ిྲྀ‫ؐؼ‬ͷͨΊ −ೖྗ୺ࢠ

300

400

500

600

Time(ns)
Time[ns]

100

200

300

400

500

600

Time(ns)
Time[ns]ͷઈԑੑ͸ѱ͍) Ͱɼ޿प೾਺ଳҬ (300 MHz) ͳ͕Βɼ

ਤ 13:௿ফඅిྗ (10 mW) Λ࣮‫͍ͯ͠ݱ‬Δɻ

(ࠨ:AD8034ɼӈ:AD8065)ɻೖྗύϧεͷ೾ߴΛมԽ͞Լଆͷ AD8011 ͷ −ೖྗ୺ࢠ ͕Ծ૝୹བྷ͍ͯ͠Δ͜ͱʹ‫ؾ‬Λ͚ͭͯɼ্ଆΛΈΔͱඇ൓స૿෯ճ࿏ʹͳͬͯαϛϯάΞϯϓग़ྗʹ‫ݟ‬ΒΕͨ೾‫ܗ‬ͷ࿪Έͤͨ࣌ͷΞϯϓग़ྗΛग़ྗ೾ߴͷϐʔΫͰ‫֨ن‬Խ͍ͯ͠Δ [16]ɻ

͓ΓɼԼଆ͸൓స૿෯ճ࿏ʹͳ͍ͬͯΔɻ͜͏ͯ͠ɼࠩ
ಈग़ྗΛ࣮‫͢ݱ‬ΔɻήΠϯ͸ (220 + 300)/220 = 2.5 ഒͱ‫͖Ͱࢉܭ‬Δɻग़ྗ෦ͷ 51 Ω ఍߅ͰͲ͔͜Ͱ൓ࣹ͕͋ͬ
ͨ৔߹΋ͪ͜ΒͰ‫ٵ‬ऩ͢Δɻࠩಈग़ྗͦΕͧΕʹ͍ͭͯɼ

8.6

MPPC ͷ੍‫ޚ‬

ADC ଆͷ 50 Ω ऴ୺ͱɼΞϯϓग़ྗͷ 51 Ω ͱͷ఍߅෼ϋΠϒϦου઀ଓ͞Εͨ 4 ‫ݸ‬ͷ MPPC ͕ 1024 ૊͋ΓɼׂͰɼ࠷ऴతʹ͸৴߸͕ 1/2 ʹͳΓࠩग़ྗͰ 2.5 ഒͷήϋΠϒϦου઀ଓຖʹ MPPC όΠΞεిѹͷ On/OﬀɼΠϯͰ͋ΔɻήΠϯ͸ CsI ݁থͷ૬ରޫྔͷ͹Β͖ͭΛόΠΞεిѹͷϞχλɼMPPC ҉ిྲྀͷϞχλΛߦ͏ɻߟྀͯ͠ɼ೾‫ܗ‬औಘ ADC ͷμΠφϛοΫϨϯδʹऩ·ͦͷଞɼΞϯϓͳͲʹ༻͍Δ௿ిѹి‫ిݯ‬ѹɼ‫ج‬൘Թ౓ͷΔΑ͏ʹܾఆͨ͠ɻ

Ϟχλ΋ߦ͏ɻਤ 14 ͷΑ͏ʹɼਅۭଆʹ Mother ‫ج‬൘Λ 4
ຕɼ֤ Mother ‫ج‬൘ʹ Daughter ‫ج‬൘Λ 8 ຕɼ͔ͦ͜Βϋ

8.4.4

౷߹ੑೳ

ੑೳͱͯ͠͸ɼશମͱͯ͠ 40 MHz ͷप೾਺ଳҬɼ

84 mW ͷফඅిྗɼKOTO ࣮‫ݧ‬ͷ࢖༻͢ΔೖྗϨϯΠϒϦου઀ଓ͕ 32 ‫઀ݸ‬ଓ͞Εɼ߹‫ ܭ‬4×8×32 = 1024‫ݸ‬ͷ MPPC ϋΠϒϦου઀ଓΛ੍‫͢ޚ‬Δ [16]ɻ͜͏͍ͬ
ͨ֊૚ߏ଄Λઃ͚Δ͜ͱͰɼ֤ Mother ‫ج‬൘౰ͨΓɼ֎෦

871

͔Β͸ 6 ຊͷ੍‫ޚ‬৴߸12 Ͱɼ͢΂ͯͷ MPPC ϋΠϒϦο
υ઀ଓͷ੍‫ޚ‬Λߦ͏͜ͱ͕Ͱ͖Δɻਤ 15 ʹ Daughter‫ج‬൘Λࣔ͢ɻ͜ͷ‫ج‬൘ʹ 1.1 mmφ ಉ࣠έʔϒϧ (U.FLέʔϒϧ)32 ຊΛ઀ଓ͞Εɼγʔϧυಋମ͔Β MPPC ʹΜ͚ͩͮ͸ KEK ͷ໺ଜਖ਼ࢯ͕ߦͬͨɻ
フランジφ185

信号用フィードスルー

HVx2, LV(+,-), GND
20極コネクタ

デジタル通信用7ch
テストパルス用2chόΠΞεిѹΛ‫͢څڙ‬ΔɻMPPC ͔Βͷύϧε৴߸͸ɼ͜ͷಉ࣠έʔϒϧͷਊઢΛ௨ͬͯ Daughter ‫ج‬൘ʹೖΔɻ

Daughter ‫ج‬൘Ͱ͸ɼ͜ͷ৴߸Λ૿෯͠ɼEthernet έʔϒϧ΁ग़ྗ͢Δɻ

ラズベリーパイからのケーブル
ハイブリッド接続された4つのMPPC
MPPC

x2

ਤ 16: MPPC ͷ੍‫ͼٴ )ࠨ( ༻ޚ‬৴߸༻ (ӈ) ͷਅۭϑ

HV電源
±5V電源

PC

HV

暗電流
測定回路

スイッチ

×32

Οʔυεϧʔɻ

信号

分配
回路

HV測定
回路

(ラズベリーパイ)

温度測定
回路

シフト
レジスタ

デジタル信号

8.7

݁থ΁ͷ MPPC ઀ண

MPPC ͷ݁থ΁ͷ઀ண΋ྫʹ࿙Εͣࢼߦࡨ‫ޡ‬ͷ࿈ଓ

Mother基板 — 1枚

大気側

2ch/cable x 96ports=192ch→2 feedthrough ﬂanges for 256ch

Daughter基板 — 8枚真空中Ͱ͋ͬͨɻMPPC Λ CsI ݁থͷ্ྲྀ໘ʹऔΓ෇͚Δʹ
͋ͨͬͯɼҎԼ͕ཁ‫͞ٻ‬Εͨɻ1) ۭ‫ؾ‬૚Λ‫઀͍ͳ·ؚ‬ணɻۭ‫ؾ‬૚͕͋Δͱ CsI ݁থ͔Βͷޫ͕શ൓ࣹ͠΍͘͢ਤ 14: MPPC ͷ੍‫֓ޚ‬ཁ [16]ɻ

ޫྔ͕‫ݮ‬Δɻ2) ઀ண‫ ͕౓ڧ‬4 N Ҏ্͋Δ͜ͱɻཁ‫ٻ‬஋ʹ
͸ MPPC ‫ج‬൘ʹ࢖͏ U.FL ίωΫλͷҾுՙॏͷ‫ڐ‬༰

235 mm஋Λ༻͍ͨɻ3) ෺࣭ྔΛͰ͖Δ͚ͩ૿΍͞ͳ͍ɻ4) Χ

MPPC信号入力(U.FLコネクタ)ϩϦϝʔλΛղମ͢Δ͜ͱͳ͘ɼ‫ݱ‬஍Ͱ࡞‫͢ۀ‬Δ (Ԗ௚໘΁ͷ઀ண࡞‫ͳͱۀ‬Δ)ɻ5) ਅۭ (0.1 Pa) ʹͯ͠΋ണ

140 mmmm
140ΕͣɼΞ΢τΨε͕໰୊ͱͳΒͳ͍ɻಛʹ PMT ͱ݁থͷؒͷγϦίʔϯύουʹΞ΢τΨε͕‫ٵ‬ண͠ɼγϯνϨʔγϣϯޫ (310 nm ΛϐʔΫͱ͢Δࢵ֎ޫ) ͷಁաੑ
͕མͪΔ͜ͱΛ‫ة‬ዧͨ͠ɻա‫ʹڈ‬έʔϒϧͷՄ઼ࡎ͕໰
୊ͱͳ͔ͬͨΒͰ͋Δɻ6) ์ࣹઢ଱ੑɻ͜ΕΒͷཁ‫ٻ‬ʹର͠զʑͷํࡦͷ؊͸ҎԼͷ 2 ఺Ͱ͋ͬͨɻ઀ணࡎʹ

差動信号出力(RJ45コネクタ)

制御入出力

電源入力

ਤ 15: Daughter ‫ج‬൘ [16]ɻ

MPPC ͷ੍‫ʹ༻ޚ‬͸ɼ্ड़ͷ 6 ຊʹՃ͑ɼςετύϧεೖྗͳͲͷ 3 ຊΛՃ͑ɼMother ‫ج‬൘͋ͨΓ 9 ຊͰ
͋ΔɻͦͷਅۭϑΟʔυεϧʔ͸ਤ 16 ࠨͰɼMother ‫ج‬൘ͱରԠ͢Δ 4 ຕͷ‫ج‬൘Ͱɼେ‫ؾ‬ଆͱਅۭଆΛ઀ଓ͠ɼਅۭ෧ࢭΛͨ͠13 ɻେ‫ؾ‬ଆ͔Β͸ Raspberry Pi Ұ୆Ͱ

4 ຊͷϑΟʔυεϧʔ΁ͷಋೖΛ੍‫͢ޚ‬Δɻ৴߸༻ͷਅۭϑΟʔυεϧʔ (ਤ 16 ӈ) ͸‫ج‬൘ʹ Ethernet έʔϒϧίωΫλΛ౥ࡌͨ͠΋ͷͱͳ͍ͬͯΔɻ͜ͷ‫ج‬൘ 2 ຕͰࠓճͷΧϩϦϝʔλ૿‫ڧ‬ͷ৴߸શ਺Λ࿫͏ɻ৴߸༻‫ج‬൘͸γΧΰେֶͷ Yau Wah ࢯ͕༻ҙ͠ɼίωΫλͷ͸
12 SPI ௨৴Λ༻͍͓ͯΓɼ͜Εʹඞཁͳ੍‫ޚ‬৴߸਺͸ɼΫϩοΫɼνοϓબ୒ɼ௨৴ (૒ํ΁ͷ௨৴Ͱ 2 ຊ) ͷ߹‫ ܭ‬4 ຊͰ͋Δɻࠓճ͸ผͷνοϓબ୒৴߸ͱɼͦͷνοϓ༻ͷΫϩοΫΛ‫ؚ‬Ίɼ߹‫ ܭ‬6 ຊͷ੍‫ޚ‬৴߸ͱͳ͍ͬͯΔɻ13 εζϊٕ‫ࣜגݚ‬ձࣾ; ҵ৓‫ͭ͘ݝ‬͹ࢢদ௩ 453͸ɼΞ΢τΨεͱ์ࣹઢ଱‫ٱ‬ੑͷ࣮੷ͷ͋Δ΋ͷΛ༻͍ɼ͔ͭզʑ͕ࣄલʹಛੑࢼ‫ݧ‬Λߦ͍໰୊͕ͳ͍͜ͱΛ֬ೝͨ͠ɻMPPC ͷडޫ໘͕ਤ 10 ӈͷΑ͏ʹԜΜͰ͍ΔͷͰɼ༧Ίੴӳ൘ΛऔΓ෇͚ฏ໘Λ༻ҙ͠ɼ݁থͱͷ઀ணʹඞཁͳ઀ணࡎͷྔΛ࠷খ‫ͨ͠ʹݶ‬ɻ઀ண޻ఔͷ֓ཁ͸ҎԼͷ௨ΓͰ͋Δɻ·ͣɼMPPC Λ

0.5 mm ްͷੴӳ൘14 ʹషΓ෇͚ɼͦͷ‫ ʹޙ‬8.2 અͰઆ໌ͨ͠‫ج‬൘ʹ͸Μ͚ͩͮͨ͠15 ɻ‫׬‬੒඼Λਤ 17 ʹࣔ͢ɻ͜ΕΒΛେࡕେֶͰ͋Β͔͡Ί࡞੒͠ɼ‫ ࠃؖ‬JeonbukେֶͰ શ MPPC ͷੑೳ‫ࠪݕ‬Λߦ͍ɼ͞Βʹ J-PARCͰͷऔΓ෇͚௚લʹ LED Λ༻͍ͨޫ‫ݧࢼ౓ײ‬Λ࠶౓ߦͳͬͨɻCsI ݁থ͸ைղੑ͕ߴ͍ͷͰɼJ-PARC Ͱͷ࡞‫ۀ‬͸࣮‫ݧ‬ΤϦΞ಺ʹ‫ס‬૩খ԰Λઃஔ͠ɼΧϩϦϝʔλΛͦͷதʹஔ͍ͯߦͬͨɻCsI ݁থ͸ബ͍ϚΠϥͷ൓ࣹࡐͰ෴ΘΕɼ্ྲྀ໘ͰςʔϓͰ෧͡ΒΕ͍ͯΔɻ‫ܦ‬೥ྼԽͰΧϐΧϐʹͳͬͨςʔϓΛҰͭҰͭ։෧͠ɼ݁থ্ྲྀ
14 ‫ࣜג‬ձࣾେ‫ڵ‬੡࡞ॴ; ‫ࢢ౎ژ‬ೆ۠‫ੈٱ‬த‫ٱ‬ொ 676
15 γφϊΧϝϥ޻‫ࣜגۀ‬ձࣾ; ௕໺‫ݝ‬দຊࢢण๺ 3-7-24

972

໘Λ࿐ग़ͤͨ͞ɻ‫ج‬൘ʹ͸Μ͚ͩͮ͞Εɼੴӳ൘Λ͚ͭ࣌ͷγϦίʔϯͷऩॖΛ๷͙͜ͱΛߟҊͨ͠ɻਤ 19 ʹ

ͨ MPPC ϢχοτΛɼ݁থʹ઀ண͍ͯͬͨ͠ɻҎԼʹͦͷ༷ࢠΛࣔ͢ɻਤ 19 ͷ 3) ͷδά্ʹ MPPC Λࡌͤ
TSE ΛణԼ͠ɼਤ 19 ͷ 3)f ͷஈࠩ෦෼ʹੴӳ൘Λࡌ֤ͤ޻ఔͷৄࡉΛ‫͢ه‬ɻ

Δͱ16 ɼੴӳ൘ͱ MPPC ͷؒͷ‫ ཭ڑ‬200 µm ͕อূ͞Εɼ͜ͷؒʹ TSE ͕ॆర͞ΕΔΑ͏ʹઃ‫ͨ͠ܭ‬ɻTSE͕‫ݻ‬Խͨ͠‫Ͱޙ‬ੴӳ൘Λԡ͠෇͚಺ѹΛ࡞ͬͨ··ɼผͷ઀ணࡎ (ΞϥϧμΠτ 2011) Ͱ MPPC ֎ԑ෦Λ‫ݻ‬ఆͨ͠ɻ͜ͷํ๏Ͱ࡞ͬͨ MPPC ੴӳ൘Ϣχοτ͸ −15◦ C2

ਤ 17: MPPC Ϣχοτ (ࠨ) 2.5 × 2.5 cm ݁থ༻ɼʢத)͔Β +45◦ C ͷԹ౓มԽʹ଱͑ͨɻ·ͨɼ0.1 Pa ͷ଱ਅۭੑ΋֬ೝͨ͠ɻ

5 × 5 cm2 ݁থ༻ɼ(ӈ) ‫ج‬൘Λ͚ͭΔલͷཪ໘ɻ

8.7.1

MPPC Λੴӳ൘ʹ઀ண͋Β͔͡Ίੴӳ൘ʹ MPPC Λ઀ண͓ͯ͘͠ํ๏ΛબΜͩཧ༝͸ɼԖ௚໘ʹ MPPC Λ઀ண͢Δ J-PARC Ͱͷ࡞‫ۀ‬ΛͰ͖Δ͚ͩ༰қʹ͠ɼ࣮‫ݱ‬ੑΛߴΊΔͨΊͰ͋ͬ
ͨɻਤ 10 ʹ‫ݟ‬ΒΕΔΑ͏ʹɼզʑ͕બ୒ͨ͠ MPPCਤ 19: MPPC ͱੴӳ൘ͱͷؒʹ಺ѹΛ࢒͘͢͠Έɻa.

͸ͦͷडޫ໘͕ 100 µm ΄Ͳ‫ۼ‬ΜͰ͓ΓɼCsI ݁থ໘ʹੴӳ൘ɼb. MPPCɼc. TSE3032ɼd. ಺ѹΛ༩͑Δॏۭ‫ؾ‬ΛೖΕͣʹ઀ண͢Δ͜ͱ͕೉͍͠ɻ͜ͷͨΊࣄલΓɼe. ΞϥϧμΠτ 2011ɼ f. ੴӳ൘͕͔͔ΔΤοδɼʹੴӳ൘ʹΑΓฏ໘Λग़͓͖ͯ͠ɼ࠷খ‫ݶ‬ͷ઀ணࡎͰg. ੴӳ൘ɻ1) MPPC ͱੴӳͷؒʹ 200 µm ްΊͷγ࡞‫͖Ͱۀ‬ΔΑ͏ʹͨ͠ɻ݁থ໘ʹ࿪Έ͕ͳ͘ฏୱͰ͋

Ϧίʔϯ૚Λ࡞Δɻ2) 2 N/MPPC ͷ಺ѹΛՃ͑Δɻ3)

Δ͔Λ‫ة‬ዧΛ͕ͨ͠ɼ࣮ࡍʹ͸શ݁থͷද໘ঢ়ଶ͸ΑΪϟοϓΛ࣮‫͢ݱ‬Δδάɻ͘ɼ઀ணࡎͳ͠Ͱ΋݁থͱੴӳ൘͕‫͘෇͍ٵ‬Α͏Ͱ͋ͬͨɻੴӳ൘͸ߗ౓͕ߴ͘ই͖ͭʹ͘͘ɼUV ಁաੑʹ༏
ΕΔ͜ͱ͔Β࠾༻ͨ͠ɻ౰ॳ͸҆ՁͳΧόʔΨϥε΋ߟ͕͑ͨ 0.1 mm ްʹͯ͠΋ UV ͷಁաੑ͕଍Γͳ͔ͬ
ͨɻMPPC ͱੴӳ൘ͷ઀ணʹ͸ɼ݁থͱ PMT ͷޫֶ઀ଓʹ࢖͍ͬͯΔγϦίʔϯύουͱಉ͡γϦίʔϯ (৴ӽγϦίʔϯࣾ TSE3032ɼҎ߱ TSE) Λ઀ணࡎͱͯ͠
࢖ͬͨɻUV ಁաੑɼಁաੑͷ์ࣹઢ଱ੑ͕อূ͞Εͯ
͍Δ͔ΒͰ͋Δɻ౰ॳ͸ߗ࣭Ͱ઀ணͷ৴པੑ΋ߴ͍ΤϙΩγ‫ ܥ‬UV ಁա઀ணࡎ EPO-TEK305 (Ҏ߱ EPOTEK)Λ‫ݕ‬౼͍͕ͯͨ͠ɼߗԽ‫ʹޙ‬Թ౓มԽʹΑΔ MPPC ͷγϦίʔϯ໘ͱͷဃ཭͕‫ݟ‬ΒΕͨɻͦ͜ͰɼMPPC ͷද໘ίʔτͱಉ͡γϦίʔϯͰ஄ྗੑ΋͋Δ TSE ΛࢼΈͨɻҰ౓͸͍͚Δͱࢥ͑ͨ͜ͷํ๏Ͱ΋ɼ͞ΒʹԹ౓͕Լ͕ͬͨ࣌ʹ͸ɼγϦίʔϯ໘ͱੴӳ൘ͷؒʹဃ཭͕Έ͔ͭͬͨɻ‫ྫྷפ‬஍ͰΈΒΕΔ૭ૼͷΑ͏ͳ֎‫ͬ͋Ͱݟ‬ͨ (ਤ 18)ɻ͜ͷ‫ݪ‬Ҽ͸γϦίʔϯͱੴӳͷ೤๲ு཰ͷ

8.7.2

MPPC ϢχοτΛ CsI ݁থʹ઀ணੴӳ൘ͱ CsI ݁থͷ઀ணʹ͸ɼ݁থ্ͰৗԹͰ‫ݻ‬Խ͢Δ͜ͱͱ17 ɼզʑͷ CsI ݁থಉ࢜ͷ઀ணͰ΋࢖༻࣮੷
͕͋Δ͜ͱ͔ΒɼEPOTEK Λ࠾༻ͨ͠ɻԖ௚ͳ݁থ໘
ʹର͠ɼੴӳ൘ʹ઀ணࡎΛృ෍͠ɼੴӳ൘Λਨ௚ʹ‫ى‬ͯ͜͠઀ண࡞‫ۀ‬Λߦͬͨɻ·ͣɼ1MPPC ༻ੴӳ൘ʹ͸

12 µℓɼ4MPPC ༻ੴӳ൘ʹ͸ 24 µℓ ͷ EPOTEK Λఆྔͯ͠ణԼͨ͠18 ɻృ෍‫ؒ࣌ޙ‬Λ͓͖ྲྀಈੑΛ཈͑Δ͜
ͱͰɼ࡞‫ۀ‬தʹੴӳ൘ʹࡌͤͨ EPOTEK ͕ਨΕམͪͳ͍͜ͱΛอূͨ͠ɻ݁থʹԡ͠౰ͯͨࡍʹੴӳ൘ͷ̐۱͔ΒΘ͔ͣʹ EPOTEK ͕ᕷΈग़Δ͜ͱͰɼ઀ணͷ඼࣭Λอূͨ͠ɻߗԽ͕࢝·Δલʹ࡞‫͕ۀ‬ऴྃ͢ΔΑ͏ʹ‫ޙ‬ड़ͷΑ͏ͳखॱͱͨ͠ɻ‫׬‬શߗԽ·Ͱʹ͸ 16 ࣌ؒҎ্Λ͋ͨ͑ͨɻϏʔϜλΠϜʹؒʹ߹͏Α͏ɼ60 ྻ͋Δ݁থʹ͍ͭͯ 1 ೔ 2 ྻ෼ͷ઀ண࡞‫ۀ‬Λ‫ܭ‬ըͨ͠ɻ઀ணͱௐ੔࡞‫ۀ‬Λߦ͍ɼߗԽ·Ͱͷ࣌ؒ MPPC ϢχοτΛ CsI ʹԡ͠෇͚ଓ͚ΔδάͱɼͦΕΛࢧ͑ΔϑϨʔϜΛਤ 20 ʹࣔͨ͠ɻϑϨʔϜ͸ CsI ΧϩϦϝʔλΛอ
࣋͢ΔεςϯϨεγϦϯμʔʹऔΓ෇͚ͨɻ1 ೔ 2 ྻͷ

ਤ 18: Թ౓͕Լ͕ͬͨͱ͖ʹͰ͖ۭͨܺɻҧ͍Ͱ͋Δͱ‫ݟ‬ൈ͍ͨɻ‫ݻ‬Խͨ͠ TSE(஄ྗ͕͋Δ) ΛՃѹͯ͠಺ѹΛ࢒ͨ͠ঢ়ଶͰ‫ݻ‬ఆ͢Δ͜ͱʹΑΓɼྫྷ٫

16 MPPC डޫ໘ʹ্͔Β TSE Λఆྔృ෍͠ɼੴӳ൘ΛॏͶΔࡍʹখ͞ͳ‫ؾ‬๐͕Α͘Ͱ͖͕ͨɼੴӳ൘ଆʹ͋Β͔͡ΊҰణͷ TSE Λ͚͓ͭͯ͘͜ͱͰɼ‫׬‬શʹ‫ؾ‬๐ΛղফͰ͖ͨɻ
17 TSE ͸ CsI ݁থ্Ͱ͸ৗԹͰ͸‫ݻ‬Խ͠ͳ͔ͬͨɻ
18 ෼஫‫ث‬:τϛλΤϯδχΞϦϯά‫ࣜג‬ձࣾ; ౦େࡕࢢ௕ాத 2-2-26

1073

ਤ 20: MPPC ϢχοτΛ CsI ݁থʹ઀ண͢ΔϑϨʔϜਤ 21: MPPC ૷ண‫ޙ‬ͷΧϩϦϝʔλɻͱδάɻ઀ணΛߦ͏ͨΊɼ্ԼʹՄಈ͢ΔԣࢅΛ 2 ຊऔΓ෇͚ͨɻ࣮‫͢ݱ‬ΔγεςϜΛ࡞ͬͨɻίϯϓϨοα (Ξωετ‫ؠ‬ॐͷ‫ܗ‬Λͨ͠δά͸ɼࢅʹऔΓ෇͚ͨ‫ ʹޙ‬XYZ ͷ 3 ํ

ా SLP22-EFD-M6) ͱߴ෼ࢠ෼཭ບࣜυϥΠϢχοτ

޲ͷҐஔΛඍௐͰ͖Δɻ͜ͷඍௐ੔͸ɼδάʹϨʔβʔ

(CKD SU302D-05-W-C2) ʹΑΓ‫ס‬૩ۭ‫ؾ‬Λੜ੒͠ɼ͜

ϙΠϯλʹઃஔ͠ɼ݁থଆʹ͚ͭͨλʔήοτʹϨʔβΕΛϏχʔϧখ԰ʹಋೖ͠ɼখ԰શମΛ‫ס‬૩ͤ͞Δํ਑

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