CTA 報告80:
CTA大口径望遠鏡PMTキャリブレーション
高橋光成 A, 猪目祐介 B, 梅津陽平 C, 大岡秀行 A, 荻野桃子 A, 折戸玲子 D, 片桐秀明 E, 櫛田淳子 C,窪秀利 F, 郡司修一 G, 小山志勇H, 澤田真理I, 辻本晋平 C, 坪根善雄 I, 手嶋政廣 A, J, 寺田幸功 H, 友野弥生
C, 中嶋大輔 A, 永吉勤 H,西嶋恭司 C,花畑義隆 A,林田将明 A,馬場彩 I, 松岡俊介 H, 山本常夏 B, 他 CTA-

Japan Consortium
東大宇宙線研 A, 甲南大理工 B, 東海大理 C, 徳島大総科 D, 茨城大理 E, 京大理 F, 山形大理 G, 埼玉大理 H,
青山大理工 I, Max-Planck-Inst.fuerPhys. JSep 16, 2014

PMT キャリブレーション

PMT キャリブレーション❖ 目的❖ 測定項目‣ LST初号機用のPMT約2,000本の動作チェック、特性の測定・データベース化を行い望遠鏡の開発・運用・保守に役立てる‣ 特に、各PMTのカメラ内‣ Gain vs. HV カーブ‣ F-factor‣ Pulse幅‣ Dynamic range‣ After pulse rate

での配置を決定するためのデータを集める

各PMTのカメラ内での配置を決定するためにGain vs. HVカーブ、Pulse幅と After pulse が重要
Sep 16, 2014

Some characteristics
Q.E.
222018hQE
Entries
111
Mean
40.91
1.383
RMS

16

Pulse width

Q.E.

2018FWHM
pulse width

1614141212101088664422030

htemp
Entries111
Mean2.82
0.1114RMS

2232343638404244
QE (peak) [%]

0
2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3

3.1

3.2

3.3
FWHM [ns]After pulse(>4 p.e.)rate（永吉、日本天文学会2014年秋）

Sep 16, 2014

❖ 中心部分(トリガー領域)に配置するPMT‣ 高いQ.E.(量子効率)•

検出効率の向上‣ 短いPulse幅•

Q.E. (weghted by Cherenkov spectrum)

カメラ内の配置決定

33

カメラ
中央

32

31

30

29

28

27
2.5

カメラ端
2.6

2.7

2.8

2.9

3

3.1

3.2
3.3
FWHM time

エネルギー閾値の最適化

Sep 16, 2014

作業風景
東京大、埼玉大、甲南大、東海大の修士課程の学生が主体となって準備

Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > キャリブレーションシステム

キャリブレーションシステム❖ 自動化‣ 光量コントロール‣ HVコントロール
‣ DAQ
‣ 解析
‣ mySQLデータベースへの登録
Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > キャリブレーションシステム > ハードウェア

ハードウェアHVコント

夜光フェイク

ロール

光量コント
ロール

ノイズ低減のた

４本同時めケーブルではな

測定

く光ファイバー

波長Delaymodule（永吉、日本天文学会2014年秋改）

Pulser 2

405nm

Pulser 1

高速パルスと大光量を出す
２つのパルサーを使い分け

Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > キャリブレーションシステム > ハードウェア

ハードウェア

PMT架台

光源・フィルターホイー
ルボックス

Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > キャリブレーションシステム > 測定

測定
❖ 8/28 測定スタート❖ 現在約100本終了

測定中の画面
Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション ＞ Gain

Gain

Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > Gain > Gain vs. HVGain vs. HVカメラ内の要求 Gain=40000
Gain_measured_with_multi_phe_of_ZQ6692
Gain

アンプのダイナミック配置に影響
正の相関

Gain

レンジに影響HV105

FWHM_time_measured_with_multi_pheZQ6692

4

両立可能な
104

Gain vs. HVカーブか？

負の相関

3.5

3800

900

1000

1100

1200

1300

14001500
Supply voltage [V]
2.5Pulse幅
21.5

要求 FWHM < 3 ns

800900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

エネルギー閾値の最適化
Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > Gain > Single p.e. 測定

ほとんどを占める pedestalのイベン

Single p.e. 測定

トは遮光した状態で測定したヒストグラムを差し引くことで落とす

Output charge of lighted ZQ6692 @1500V
hLit_aligned[events]❖ 平均p.e.数 << 1の光量で測定

Entries
MeanRMS

103

52000
21.742.33

hDark_aligned‣ 1 p.e. のイベントのみと考Entries 42000
Mean -0.0617
RMS
3.169

102

1 p.e. のピークえる‣ Gain=平均／電荷素量10‣ HVはノイズの影響を抑えるため1500V

1050100

150200250300 350
Charge [mV ns]

Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > Gain > Single p.e. 測定 > Double one phe fitting

新しいDouble one photoelectron fitting

解析手順

Charge of ZQ6692 @1500V (Dark subtracted)
40378
79.86
44.01

2 p.e. のピーク

102が見えている[events][events]

hRemn
Entries
MeanRMS

102

101011050100150200250300 350
Charge [mV ns][events]

hOnePheEntries
MeanRMS40598
67.87
30.82

hTwoPhe102

Entries
MeanRMS

40598
143.9
48.33

020406080100120140160 180[bins]

ポアソン分布を仮定し、1 p.e. のfitting を元に 2 p.e. の分布を推定
2 p.e. のイベントを分離した上で10

1 p.e. 電荷量の平均から Gain を計算
1050100150200250300 350
Charge [mV ns]

Sep 16, 2014

PMT キャリブレーション > Gain > Reference PMT 測定結果

Reference PMT 測定結果
Gain at 1500V❖ 標準となるPMTを1つ決めてreferenceとして同時測定❖ 各測定で Gain に±4.5%程度のばらつき
GainGain of ZQ3197 at 1500V
6

hDoubleOnePheFit
Entries37
Mean 4.465e+05
RMS 1.884e+04

5432❖ 外れた値もある

10360

380400420

440460480500520540Gain×103

Sep 16, 2014

まとめと今後❖ 半自動的にPMTのキャリブレーションを実行出来るシステムを構築し、現在進行中である❖ ペースを上げて２ヶ月以内に終了させる❖ Gain は 1 p.e. レベル以下の光を用いて測定❖ 2 p.e. イベントの影響を排除する新しい解析法を用いた❖ 測定結果のばらつきについて精査する

Sep 16, 2014

まとめと今後
2015

PMT キャリブレーション
ミニカメラ キャリブレーション

2016

カメラ全体テスト
望遠鏡に装着
Sep 16, 2014

まとめと今後❖ 半自動的にPMTのキャリブレーションを実行出来るシステムを構築し、現在進行中である❖ ペースを上げて２ヶ月以内に終了させる❖ Gain は 1 p.e. レベル以下の光を用いて測定❖ 2 p.e. イベントの影響を排除する新しい解析法を用いた❖ Gain 測定結果のばらつきについて精査する

Sep 16, 2014