修士学位論文

  実験ミューオント リガーシステムの構築における統合性能評価及び考察

東京大学大学院 理学系研究科
物理学専攻


羽根八尋
 年１月

概要

欧州原子核研究機構 において建設が進められている、陽子陽子衝突型円形加速器
     では 、  の重心系衝突エネルギーと       の高ルミノ
現在シティの実現により、ヒッグス粒子や超対称性理論の探索が期待されている。
 の汎用検出器である        検出器では、 !" という高レートの陽子バンチ衝突で生じる、ハド ロンコライダー特有の多数のバックグラウンドを含んだ膨大なイベントの中から、高速かつ効率的に対象のイベントのみを選別する為のトリガー及びデータ
収集システムが必要とされる。本論文では、 検出器のエンドキャップミューオントリガー
検出器である # $ #  $ %  システムについて、その統合的な性能評価を行うと共に、&' 年 & 月から開始が予定されている、(& セクターアセンブ リに向けた課題を検証する。

目次
第

章 序論

第  章  加速器、 実験&  加速器&&  の物理&& ヒッグス粒子の探索&&& 超対称性理論の探索&&) その他の物理&)  検出器&) 内部検出器&)& カロリーメータ&)) ミューオン検出器&) マグネット
第

第

第



&
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&
'
*
*
*

+


章  実験のト リガー及びデータ収集システム) トリガースキーム)& ,)) レベル  トリガーシステム)) カロリーメータ、ミューオントリガーシステム))& .
))) 


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

章   ミューオント リガーシステム # の構造と特徴
& # におけるトリガー処理) # エレクトロニクス) 概要)& 配置)) 機能

/
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&&
&
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章   エレクト ロニクスの放射線耐性試験'  実験における放射線の影響'& 012') 線照射試験') 線照射')& 結果、考察' 陽子線照射試験' 陽子線照射'& 結果、考察






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''
第

/

まとめ

章 ビームテスト による   システム評価/ 目的/& セットアップ/& ミューオンビーム/&& トリガー及びクロック/&) チェンバー/& エレクトロニクス/) スタンド アローンによる検証/) コンフィグレーション/)& ビームプロファイル、検出効率/ 3 による検証/ データ構造/& 3 データの検証/' まとめ第章

  セクターアセンブリに向けた   エレクト ロニクスの検証* (& セクターアセンブリ*& セットアップ*& 電源*&& .1. 4*&) エレクトロニクス*) .1. 4 の制御、読み出しの検証*) 検証方法*)& 結果
* 今後の予定*' まとめ



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第  章 まとめ

付 録  略語一覧



&

図目次
&  加速器と主な実験&& ヒッグス粒子生成のファインマンダ イアグラム&) 標準理論におけるヒッグス粒子の生成断面積& ヒッグス粒子の質量と分岐比&'  検出器によるヒッグス粒子の発見ポテンシャル&/  検出器&* 内部検出器& カロリーメータ&+ ミューオン検出器の 15 断面図& ソレノイド マグネットとトロイダルマグネット+)  実験におけるトリガーシステムの概要)& レベル  トリガーシステムの概要))  システム


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'

  検出器における # の配置& # モジュール) # の構造 断面 # トリプレット 左 とダブレット 右' # のタイムジッター/ # システムのレ イアウト* # ステーション トリガーセクターとサブセクター
+  、 の定義 # トリガーのコインシデンスと  判定 # エレクトロニクスのデータの流れ& トリガー部) 読み出し部
 制御部
' # エレクトロニクスの配置
/  検出器と測定室の位置関係
* , ボード .13+ .13 のブロック図& .1. 4!
&  $1&&    &)  6$& 0,

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&' &/ 2&+&+' 2, の 15 分布'&  の 15 分布') テスト用基板' ゲート回路 '' ゲート回路 &'/ 差動アンプ , )&'* , 1, コンバータ !7/ &'
線照射試験セットアップ

'+
 線源
' コンバータの出力電圧 基板 1' 差動アンプの出力電流 基板 )
'& 陽子ビーム照射試験セットアップ') 陽子ビーム照射室' 718 ステージ''  フォイルの配置'/ # 検出器のセットアップ'* 線スペクトル' 2. 測定によるビームプロファイル'+ コンバータの出力電圧 基板 '1/'& 差動アンプの出力電流 基板 ''& 差動アンプの出力電流 基板 /

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/ ミューオン検出器の配置/&  信号の分配/) # モジュール/ # の配置/' #   // # ,% 
/* # エレクトロニクスの構成 ビームテスト時
/ . クレート
/+ 0, クレート 左上/ 入力信号と遅延時間/ 遅延時間と検出効率 !)
/& ゲート幅と検出効率 !),*/) ワイヤー電圧と検出効率 !)
/ ビームプロファイル !/' ビームプロファイル !&// ビームプロファイル !)/* ヒット分布 !/ ヒット分布 !)/+ 検出効率、ワイヤー 上 ストリップ 下/&    チェンバーの平面構造/& ,%  チェンバーの平面構造/&& データの階層構造

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/&) ヘッダの構造/& 0, データのフォーマット
/&' 実際の 0, データ/&/ 3 で読み出されるデータの構造/&* 実際の 3 データ/& 3 ビームプロファイル !/&+ 3 ビームプロファイル !&/) 3 ビームプロファイル !)/) 61  コインシデンス検出効率 # 9. /)& 61  コインシデンス検出効率 # 

'+
'+
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/)
/)

* (& セクター !*& # と .1. 4 の接続 !*) 電源装置* .3 収納フレーム 蓋あり*' .3 収納フレーム 蓋なし */ エレクトロニクス検証用セットアップ** エレクトロニクス検証スキーム* リセットの分配スキーム*+ ゼロサプレスによるデータ圧縮* テストパルスの読み出し*  6$最終デザイン 

/'
//
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/
/
/
/+
/+
*
*
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



'

表目次
&  の主要パラメータ&&  実験で発見可能な超対称性粒子&) ミューオン検出器の構成

&
/


)



主な  信号' シミュレーションによる放射線基準値 
'&  の安全係数') 012 一覧' 放射線照射試験の目的と内容'' 線照射試験結果'/ 陽子線照射結果 基板 ''* 陽子線照射結果 基板 /

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/ # エレクトロニクスの遅延機能/& # システムのパラメータ''* (& セクターエレクトロニクスのコミッショニング*& : のデータフォーマット

/'
*



/

第 章 序論
欧州原子核研究機構 において 、陽子陽子衝突型円形加速器     が &* 年の稼働に向けて建設中である。 では、ヒッグス粒子、超対称性理論の探
索、標準理論の精密検証、等が期待されている。  の重心系衝突エネルギーと、     の高ルミノシティの実現により、 年間で積分ルミノシティ;%  を蓄積することによって、 
までのヒッグス粒子を ' 以上の確からしさで発見する能力を備えている。
本論文のテーマは、 の汎用検出器の一つである  検出器における、ミューオントリガー
システムの構築に向けた、性能評価及び考察である。 では !" のバンチ衝突の中から高現在、

速、かつ効率よく対象のイベントを選別する為のトリガー及びデータ収集システムが必要となる。
 のト リガーシステムはレベル  、レベル & 、イベントフィルタの三段階に分かれており、データは各段階で処理され、解析の対象となるイベントのみが次の段階に渡される。イベントレー
トはレベル  で *'4" 、レベル & で 4" 、イベントフィルタでは &" まで大幅に落とされる為、トリガーシステムの役割は極めて重要である。このうち、エンドキャップミューオントリガー
検出器 # $ #  $ %  はレベル  トリガーシステムの一部を担っている。
# は !:. ! : .    $ %  型の検出器であり、 の短いワイヤー
カソード 間隔が特徴である。総チャンネル数は約  万チャンネルに及び 、# 用に開発された
エレクトロニクスは、フロントエンド のボードから、2    < 2  、モジュールに至るまで多岐に渡る。これらがシステムとして、 実験で要求される  トリガーを形成することを確認し 、実験開始に向けた本格的なシステム構築における課題を検討することが本
論文の目的である。
先ず、エレ クトロニクスの検証として、 線、及び 陽子線による、放射線耐性の評価を行った。
チェンバーに備え付けられるエレ クトロニクスは、 実験の放射線環境において最低でも 年間、その動作が保証されなければならない。そこで、# エレクトロニクスに用いられる
0   0= $ $ ;12 に関して、2,  2 ,  及び   > 
=  に対する評価を行った。
次に 、実際のチェンバーの信号を用いたトリガー処理のテストとして、& 年  月に、 の . .  ?$   加速器から供給される、&' のバンチ間隔を持ったミューオ
ンビームによるビームテストを行った。このビームテストでは、# システム単体のトリガー機
能の検証に加え、# システムとその他の  トリガーシステムとの統合が行われた。本論文
では、ビームテストのデータの解析と、その結果に基づく # システムの性能評価について述べる。
最後に、実際の  検出器構築に向けて、現在 # グループで計画されている (& セクターのアセンブ リに関して、エレクトロニクスのセットアップに関する検証と、今後の予定に関して
まとめる。



第  章  加速器、 実験
本章では  計画と  実験について述べる。先ず実験で利用される加速器について述べ、次いで観測が期待されている物理現象、 検出器の概観を述べる。

  加速器
 は、 欧州原子核研究機構 において、&* 年の稼働に向けて建設が進められている
大型陽子陽子衝突型加速器である。 は、.
   .    の周長 &*4のトンネルを利用し 、  の超伝導電磁石を多数並べることにより、世界最高の重心系衝突エネ
ルギー   を実現する。. とは異なり陽子を加速させる為、シンクロトロン放射 によるエネルギー損失が極めて少なく、.#  よりはるかに高い衝突エネルギーを達成する。また、 年で積分ルミノシティ;%  を蓄積することによって、  領域の物理の探索を可能とする。表 & に  加速器の主なパラメータを示す。
図 & に示すように、 では汎用検出器である        、 !  
主リング周長ルミノシティ
衝突頻度

陽子数(バンチ
バンチ数
衝突点のビーム半径&///4 衝突エネルギー*    @実験初期は     !" バンチ間隔&+'


バンチ長
*'
& )'
イベント (バンチ衝突
+
/ 
衝突角度
&




表 &A  の主要パラメータ!    、重イオン衝突実験を目的とした 2  
物理の測定に用いられる  13 、が設置される。



2 

B   、3

 の物理  ヒッグス粒子の探索

 での物理において最も重要なものは電弱相互作用における自発的対称性の破れの解明である。この為、標準理論において素粒子の質量生成を担うヒッグス粒子の探索は  の主要な目的である。 検出器は、実験的下限である #  から、理論的に上限とされる   まで、
広範囲の質量エネルギー帯でヒッグス粒子を探索する能力を有する。図 && に標準理論におけるヒッグス粒子の主な生成過程を、図 &) に生成断面積を示す。
  ; ; はトップクォーク、ボトムクォークを介した過程で、生成断面積が最も大きい
半径 で回る質量  、エネルギー
い程、エネルギー損失は小さくなる。

の粒子が失うエネルギーは、&    であり、質量が大き図 &A  加速器と主な実験

図 &&A ヒッグス粒子生成のファインマンダ イアグラム)

図 &)A 標準理論におけるヒッグス粒子の生成断面積過程である。ヒッグス粒子の崩壊から出てきた粒子以外は大きな横運動量を持たないため、シグナルを識別する手段が少なく、バックグラウンドが非常に厳しい。
 、55 、::だけが有望な崩壊過程である。

& >  % ;二番目に生成断面積が大きく、二つのベクターボソンが融合してヒッグス粒子が生成される過程である。ベクターボソンの質量は重いので、ベクターボソンを放出した二本のジェットは大きな横運動量をもつ。さらにベクターボソンを放出したジェット間で、カラーの交換がないことにより、二本のジェット間の - , の >? が少なく、イベント選定が行いやすい。従って、この生成過程では様々な崩壊過程でのヒッグス粒子の探索が期待されている。

)     
クォークペアが対消滅して生成されたゲージボソンから、ヒッグス粒子が放出される過程である。: 、5 がレプトンに崩壊した場合に、シグナルとバックグラウンドを容易に識別できる。

      
対生成されたトップクォークに伴ってヒッグス粒子が生成される過程である。この過程は生成断面積が小さいが 、特徴のあるトップ クォークを終状態に二つ含む。それにより、- ,バックグラウンドを大幅に減らすことができる。そしてこのモード では、トップクォークの湯川結合の情報を含んでいるので、大変重要なモード である。
ヒッグス粒子はその質量によって崩壊過程が大きく異なる。図 & に標準理論におけるヒッグス粒子の質量と分岐比の関係を示し 、各質量における特徴的な崩壊過程について述べる。



'# 


図 &A ヒッグス粒子の質量と分岐比

C は、- , バックグラウンド を落すことが困難である為、稀崩壊であ主な崩壊過程 る や、>  % ; によって生成されたヒッグス粒子の崩壊が有効である。
& &# 

や # D&   への崩壊が始まる。この領域では、



 

、



の

ような崩壊が有効である。

)  # D&  '# 
が有効である。 つのレプトンを含み、& つの 5 を組むことが出来るので、


最も信頼性の高いモード である。

 '# 

生成断面積が小さい領域であり、崩壊幅も #  を越える。しかし 、  や、  などの崩壊は有効である。
び

、及図 &' から、 検出器は積分ルミノシティ);%  において、'#  から &#  の領域
で、' 以上の確からしさでヒッグス粒子を発見できることが分かる。また、&#  より重い場
合でも、& 以上の有意な検出が可能である。

 

超対称性理論の探索

超対称性理論は重力まで統一する理論として注目されている。この理論では、全てのフェルミ
オン 、及びボソンに対してスピンが (& だけ異なる超対称性粒子の存在が予言されている。超対称性粒子の質量は、電弱対称性の破れのスケールから   領域にあることが予測され、 での発見が期待されている。表 && に積分ルミノシティ;%  において発見が可能な超対称性粒子の質量の上限を示す。

'

Signal significanceH
ttH (H
bb)
(*)
H
ZZ
(*)
H
WW

-1

L dt = 30 fb(no K-factors)
10

ATLAS

2

4l
l l
(*)

qqH
qqH

qq WW
qq

Total significance

10

1

100

120

140

160

180

200
2

mH (GeV/c )図 &'A  検出器によるヒッグス粒子の発見ポテンシャル

粒子名CグルイーノC チャージーノC ニュートラリーノ
Cスクォーク
Cスレプトン 







発見可能な質量 & 
 '#  &#  & 
 '# 

表 &&A  実験で発見可能な超対称性粒子/  その他の物理 の物理としては、ヒッグス粒子、超対称性理論の探索の他に、トップクォーク、ボトムクォー
クの精密測定、- , の精密検証などが挙げられる。
トップクォークは、実験開始後数年 );%   で &' の大量の対生成イベントを生じ 、その質量を精密に測定することにより、ヒッグス粒子の質量を予言することが可能になる。
また、高い横運動量を持ったジェットイベントの生成断面積の測定を通じて、超微細スケールでのクォークの観測が可能となり、現在「素粒子」と考えられているクォークに内部構造がないか探ることができる。
もし 約   までにヒッグス粒子が見つからなかった場合、通常のヒッグス機構による自発的対称性の破れに代わる新しい機構が必要とされるが 、これまでに提唱されている殆どのモデルにおいて、  領域に共鳴状態の存在が予言されており、 ではこのような共鳴状態を比較的容易に捉えることができる。

   検出器
 検出器は直径 && 、長さ  の円筒形で、総重量 * に及ぶ大型汎用検出器である
図 &/。 検出器は内側から内部検出器、カロリーメータ、ミューオン検出器で構成され 、内部検出器とカロリーメータの間にソレ ノイド マグネット、カロリーメータの外側にトロイダル
マグネットが設置される。 では高ルミノシティの為にイベントレートが高く、放射線量も多い。 検出器は、このような環境下での高速かつ正確なデータ収集と処理、そして放射線耐性を考慮して設計されている EF &G。

図 &/A  検出器



内部検出器

内部検出器は荷電粒子の飛跡認識と運動量測定を目的とする。運動量測定は、ソレノイド 磁場
で曲げられた粒子の飛跡の曲率を測定することによって行う。内部検出器は図 &* に示すように )種類の検出器で構成され、いずれも中心磁場 & の超伝導ソレノイド の内側に設置される。
.B  ,   は、衝突点付近で高密度の入射粒子に対して高い位置分解能を実現する為、'*Barrel S CT
Forward S CT

TRT
Pixel Detectors
図 &*A 内部検出器 )  の要素で構成されたバーテックス検出器である。     4  は  
ピッチのストリップ有感領域を持つ半導体検出器であり、     %  とともに 、飛跡の検出を行う。内部検出器は   &' の領域をカバーしている。








カロリーメータ

カロリーメータの主な役割は、電子、光子やジェットについて、高い位置、及びエネルギー分解能に基づいた情報から、粒子のエネルギーを測定することである。 実験では図 & に示すように、内側に電磁カロリーメータ、外側にハド ロンカロリーメータ設置されている。

'/#EEQTFKQP%CNQTKGOGVGT*CFTQPKE6KNG%CNQTKGOGVGT(QTYCTF.#T%CNQTKGOGVGT'PFECR.#T%CNQTKGOGVGT

図 & A カロリーメータ
電磁カロリーメータは、鉛の吸収体と液体アルゴンで構成され 、強い放射線耐性を持つ。また、応答の速いアコーデ ィオン構造が採用されていることも特徴である。電磁カロリーメータはフォ 

ワード 領域で、 + の広い範囲をカバーする。
ハド ロンカロリーメータは、バレル部では鉄の吸収体とタイル状のシンチレータ、エンドキャップ
部では銅の吸収体と液体アルゴンで構成される。さらに、フォワード 部では銅とタングステンの吸収体と液体アルゴンが使用される。このカロリーメータにより、ジェットと横方向消失エネルギーの高精度な測定が可能である。



ミューオン検出器

 のミューオン検出器は、運動量測定用検出器とトリガー用検出器からなり、内部検出器とは独立にミューオンの位置、運動量を測定することができる。 では空芯のトロイダル磁場を利用することにより、エンドキャップのみならず、フォワード 領域でも高精度の運動量測定を実現している。図 &+ にミューオン検出器の 15 断面図を示す。

図 &+A ミューオン検出器の 15 断面図

ミューオンはトロイダル磁場によって主に  方向に曲げられる。この運動量測定には、バレルとエンド キャップで !,!, ; %  、レートの高いフォワード 部の衝突点近傍で  $   $ %  が用いられる。ほぼ 全領域を占める !, は 、レーザーによる の精度のアラインメントを特徴とし 、ミューオンの位置測定を行う。また、ホール磁場測定器により、複雑なトロイダル磁場を測定する。/ 層、もしくは 層のド リフトチューブでステーションを構成し 、バレル、エンドキャップ、ともに ) ステーションで運動量測定を行う。
一方、トリガー及び  座標の測定には、バレル部で .  > . 
$ %  、エンドキャッ
プ部で # $ #  $ %  がそれぞれ用いられる。これらは &' のバンチ識別能力を有し 、後述するトリガーシステムにおいて  トリガーを生成する。表 &) に  種類のミューオン
検出器の特徴をまとめる。



+

検出器

!,

.
#

  領域特徴
飛跡測定 15  ) ) のド リフトチューブ
運動量測定
位置分解能   / 
飛跡測定 ),&  ) カソード ストリップ読み出し !:.
運動量測定
位置分解能   ' トリガー
  ' 平行平板ガス検出器
座標測定
時間分解能   
トリガー
'  & 薄ギャップワイヤーチェンバー
座標測定
時間分解能   
用途





















チャンネル数)F

F
F
F

表 &)A ミューオン検出器の構成

 マグネット 検出器のマグネットは & 種類の超伝導マグネットから構成されている。 つは内部検出器とカロリーメータの間にあるソレノイド マグネット、もう  つはカロリーメータの外側にある
トロイダルマグネットである。図 & にマグネットの構成を示す。
トロイダルマグネットはエンドキャップ、バレル部で異なるマグネットが使用され 、積分磁場強度
はバレル部で & / 、エンドキャップ部で  である。ここで、トロイダル磁場は不均一性によって  方向の磁場を持ってしまい、ミューオンが通過した際に  方向にも曲げられる。そのため、ミューオンの運動量測定には  方向の測定も考慮しなければならない。



図 &A ソレノイド マグネットとトロイダルマグネット第 章  実験のト リガー及びデータ収集シ
ステム 実験のトリガー、及びデータ収集システムは、) 段階のオンラインイベント選定から成り立っている。 では  !" の頻度でバンチ衝突が起こり、高ルミノシティ      
では陽子反応頻度は  ( に及ぶ。しかし 、計算機の処理能力、記録装置の容量の制約からデー
タのレートは " に抑えなければならない。この為、解析の対象となるイベントのみを効率良く選び出すシステムが必要とされる。

 ト リガースキーム 実験のトリガーシステムは 、図 ) に示すように、レベル  、レベル & 、イベントフィ
ルタ、の ) 段階で構成されている。各段階でデータが処理され、対象となるイベントのみが次の段階に渡される。

Interaction rate
~1G HzBunch crossing
rate 40 MHz

CALO MUON TRACKING

Pipelinememories

LEVEL 1
TRIGGER< 75 (100) kHz
Derandomizers
Readout drivers(RODs)

Regions ofI nterest
LEVEL 2
TRIGGER

Readout buffers(ROBs)~ 1 kHzEvent builder
Full-event buffers
andprocessor sub-farms

EVENTFILTE R~ 100 Hz

Data recording図 )A  実験におけるトリガーシステムの概要

 でも  以下と見積もられる

ヒッグス粒子が生成されるイベントレートは、最も生成断面積の大きい レベル 
カロリーメータと、ミューオン検出器 # 、.  の情報から、各バンチに対してトリガー判定を行う。カロリーメータからは  、ジェット、横方向エネルギーの情報を、ミューオン検出器からはミューオンの位置と運動量の情報を用いる。これらの情報は .  .    に集められ 、レベル  トリガーの判定が行われる。トリガー判定の条件を満たした場合、ここから    と呼ばれる信号が各検出器に送られる。このレベル  のトリガー判定のレイテンシーは &' 以下と規定されており、この間、各検出器
はデータをバッファに蓄えておく必要がある。
これらの測定データは 、 受信後、各サブシステムの 0,
0 , >  でイベン
ト毎に収集され、03
0 3=  に送られる。レベル  では、トリガー信号を送信すると同時に、2  ; 2  と呼ばれるトリガー領域をレベル & に対して送信する。この 2 により、レベル & のデータ処理は大幅に削減される。レベル  でトリガーレー
トは *'4" にまで落される。
レベル &&
カロリーメータ、ミューオンシステム、内部検出器の 2 における完全な位置情報を元にトリガー判定を行う為、判定の精度が上がり、より正確なイベント選定をすることができる。
レベル & トリガー判定までのレ イテンシーは  以下とされ、イベントレートは 4" まで落される。
イベントフィルタ H
& アクセプトを受けたデータは、イベントビルダーを通じてイベントフィルタに送られる。ここでは、各検出器の完全な位置情報とトリガー条件を元に、通常オフラインで行うア
ルゴ リズムをオンラインで採用し 、最終的なトリガー判定が行われる。 イベントの処理時
間は約  であり、&" までイベントレートが落される。選別されたデータは記録装置に保存される。この時、 イベントのデータ容量はおよそ /!3 である。





各検出器のデータは、図 ) に示すように、レベル  判定が下されるまでパイプラインメモリに保存される。レベル  の処理時間 D&' の間、データを保持する為に  バンチ分のバッファが必要となる。 が与えられると、データはデランダマイザー に送られ、0, で読み出される。
0, には、信号がどのバンチに属するかを示す 3 2, 、どの  に属するかを示す 2, 、があ
わせて送られてくるので、これを元に集めたデータの整合性を確認し 、最終的なフォーマットに変換する。変換されたデータは 03 に送られ 、レベル & 判定が行われるまで保持される。
レベル & では 03 に蓄えられた情報の内、2 のデータを用いて処理を行う。レベル & トリガーが与えられると、03 データはイベントビルダーを通ってイベントフィルタに送られる。イベン
トフィルタで処理を行った後、最終的にイベントレートは &" になり、 イベントのデータ量
は平均 /!3 なので、)&!3 で記録が行われる。



陽子陽子衝突から、トリガー判定がフロントエンド エレクトロニクスに到達するまでの時間
ランダムで起こるイベントを一定間隔で読み出せるようにするもの& レベル ト リガーシステム図 )& に示すように、レベル  トリガーシステムはカロリーメータ、ミューオントリガーシステ  から構成される。
ム、 . 、   
CalorimeterT rigger

MuonT rigger

Front-end Preprocessor
EndcapMuon Trigger(TGC based)

Cluster Processor(electron/photon andhadron/tau triggers)

BarrelMuon Trigger(RPC based)

Jet/Energy-sum
Processor
Muon Trigger / CTP
InterfaceCentralT riggerP rocessor

TTC図 )&A レベル  トリガーシステムの概要

 カロリーメータ、ミューオント リガーシステム
カロリーメータからは、( 、ジェット、横方向消失エネルギーの情報が . へ送られる。一方、ミューオントリガーシステムは # 、. で構成され 、高い   を持つミューオンの情報が 、 . とのインターフェースである !I .2!
   .   2 ;   に送られる。!I .2 は、バレルとエンドキャップの境界処理を行い、 . へトリガー情報を送信する。 . はこれらの情報を元にトリガー判定を行い、各検出器に対して  の読み出し信号、
& に対してトリガー領域を示す 2 の情報を送信する。





. の役割はカロリーメータ、ミューオントリガーシステムの情報を統合して、最終的なレベ
ル  判定を行うことである。 . では入力情報が同一バンチに揃えられ 、予め用意されているトリガー判定条件と比較することにより最終判定が下され 、 に対して  信号とトリガー情報を表す ビットの情報を送信する。また、 はフロントエンド の読み出しを容易にする為、一度  を出力すると、それ以降  バンチ  の間、 を出力しないように定められている。
トリガー判定条件は最大 +/ 個まで設定することができる。



横方向 

  運動量)

 システムはフロントエンド エレ クトロニクスの同期をとる為、各エレ クトロニクスに !" の  クロックを送信する。また、このクロックに同期した制御命令を送ることで、 検出器全体を同期させている。これらの制御命令には、 、カウンターリセット、キャ
リブレーション信号が含まれる。非同期命令の送信も可能であり、フロントエンド の  レシーバーである  B の設定や、各検出器固有の制御命令が送られる。表 ) に  が扱う主な信号を挙げる。
信号名

主な機能と特徴

3 4 各検出器のエレクトロニクスを 3  !" に同期させる為のクロック >    、 . から送られてくる3 
3$     、3 2,データがどのバンチに属するかを示す のリセットに使用、 +&  の  軌道周期 032 信号 に同期する 
>      、2, のカウンター トリガーされたデータがどの  に属するかを示す のリセットに使用
2,
>  2, < 、0, 及び 03 での 3 のチェックに使用
3 2,
3$  2, < 、0, 及び 03 での 2, のチェックに使用表 )A 主な  信号図 )) に  システムの概要を示す。 は 、 > と呼ばれる ! インターフェース
で 3 クロック、3 リセット信号を受信し 、 . から  信号を受信する。これらの情報は
 クレートに送信され 、受信したデータを加工した後、 B へ分配される。また、 >
では 1$   、31$   の & 系統の信号を分配し 、1$   では  のみを、31$   では  B に送信される同期命令、及び非同期命令を扱う。

Synchronisation
Signals(global or sub-detector
specific)
Sub-detector
Specific
L1A's
Atlas
L1A

LHC Orbit

TTCvi

Clock

VME
Interface

Electrical A and B
channels
LHC clock(BC)

TTC crate

Optical output
1:32 Tree Coupler

1:32 Tree Coupler

TTCrx

Electrical outputs:
BC clock
L1A
Synchronisation
Commands
signals
図 ))A  システム'

第 章   ミューオント リガーシステム
この章では、本論文の主題である # ミューオントリガーシステム E)G について、# の構造と特徴、トリガー処理、エレクトロニクスについて述べる。

 の構造と特徴
# は  検出器のエンド キャップ ミューオント リガー検出器であり、図  の様に 、&&' 台の # がエンドキャップ部分全体をカバーするディスク状に配置される。このディスクを支える構造体をビッグホイールと呼び 、 検出器の片側に ) ステーションずつ存在する。

図 A  検出器における # の配置

# 図 & は、ワイヤーで  方向、ストリップで 方向の情報を検出することにより、二次元の位置読み出しが可能な !:.  の一種である。# は、厚さ / の Hガラスエポキ
シ樹脂 を基板とし 、その片面にカーボンを塗布することによってカソード 面を形成している。ア
ノード ワイヤーは直径 '  の金メッキタングステンであり、ワイヤー間隔は   である。基

板の外側にワイヤーと直交する銅ストリップが形成されている。

         。 枚の陰極板の間に陽極となるワイヤーが等間隔に配置されたチェンバーを指す。

/Copper Strip
2.8mm

Carbon
FR4
1.8mm

1 2m

Out)
Wire
ASD(

+HV

R

1

2m

ASD(Strip Out)図 &A # モジュール
図 ) に # の構造を示す。一般に !:. では、ワイヤー直径はワイヤー間隔の J程度であるが、# では内部の高電場領域を広くする為、及び機械的強度を高める為に ' としている。ワイヤー間隔   は、電子のド リフト距離を短くして &' のバンチ間隔に対応する為に最適化されている。また、# の特徴はアノード カソード 間隔が  と短いことである。これによって陽イオンのド リフト距離が短くなり、空間電荷の形成による実効電場の低下を抑制している。

図 )A # の構造 断面*チェンバーの中は、 0 と 1   が ''A' の比率の混合ガスで満たされ 、&+4 の高電圧が印加されている。 0 に混ぜられた 1   により、紫外線を吸収して放電を起こしにくくしている クエンチ効果。# 内を荷電粒子が通過すると、混合ガス分子がイオン化され 、電子がア
ノード カソード 間の電場によってアノード ワイヤーへ向かう。ワイヤー付近では電場が大きくなっている為、アノード へ向かってきた電子が周辺のガス分子と相互作用し 、二次電子が生成される。
これによって電子雪崩が発生し 、信号として読み出される。また、カソード 面には高抵抗のカーボンが塗布されており、その外側でストリップに誘起された誘導電荷を読み出す構造になっている。
ワイヤーからの信号は、/ 本から & 本を束ねて  グループとして読み出される。ストリップは
 枚の # につき )& 本ある。実際の実験に用いられるのは、図  に示すように、& の紙ハ
ニカムを挟んだ & 層構造の ,%  、及び ) 層構造の    である。,%  は & 層のワイヤー、& 層のストリップから、   は ) 層のワイヤー、& 層のストリップから信号を読み出す。各層でチャンネルを (&,%  、または ()   だけずらしているため、チャンネル幅に対して& 倍もしくは ) 倍の位置分解能を持つ。,%  、   それぞれについて、設置される位置に応じて複数のデザインが存在し 、モジュールのサイズやワイヤーの読み出しチャンネル数が異なっている。

図 A # トリプレット 左 とダブレット 右
図 ' に、粒子の入射角度別に見た # のタイムジッター を示す。これは )#  の  を用いた結果であるが、 実験での # に対する入射角度は  度から ' 度であり、この範囲でタイムジッターは  のバンチ間隔である &' と同程度かそれ以下である。従ってトリガー検出に不可欠なバンチ識別を行うことが可能と言える。

 におけるト リガー処理
図 / に示すように、# システムは !   、!&!  ,%  、!).> ,%  、2(H2 1 (H6 2  の各ステーションからなる。トリガー判定には ! の ) 層、及び!& 、!) の各 & 層の計 * 層が使われる。# がカバーする範囲は、'   & の領域であり、 +& をフォワード 領域、+&   をエンドキャップ領域と呼ぶ。
各ステーションは図 * に示すように、 つのオクタント 斜線部分 と呼ばれる領域から成り、半径でフォワード 領域とエンド キャップ 領域に分けられる。オクタントはさらに ) つのユニットに分割され、フォワード 領域では、! は  モジュール  台、!& 、!) は & モジュール  台が






粒子が



 を通過してから信号を出すまでの時間のばらつき図 'A # のタイムジッター

図 /A # システムのレ イアウト+

ユニットを構成する。エンドキャップ領域では、! は  種類の    モジュールが & 台ずつ計
台、!& 、!) は ' 種類の ,%  モジュールが & 台ずつ計  台がユニットを構成する。
TGC M1 (active area of chambers)

TGC M3 (active area of chambers)

55meters10

meters

10

0

0

-5

-5

-10

-10

-10

0
meters

-5

5

10

-10

-5

0
meters510

図 *A # ステーション
各オクタントは図  に示すように、 方向について、エンドキャップ領域で / 等分、フォワー
ド 領域で ) 等分したトリガーセクターと呼ばれる領域に分割される。トリガーセクターは 、フォワード 領域では各ステーション  チェンバー、エンドキャップ領域では ! は  チェンバー、!& 、!) は ' チェンバーで構成される。# のトリガー処理は、トリガーセクター単位で行われ 、ト
リガー情報は各セクター毎に !I .2 へ出力される。このトリガーセクターを、エンドキャップ
では  方向に + 分割、 方向に  分割、フォワード では  方向に ' 分割、 方向に  分割したものをサブセクターと呼ぶ。サブセクターは、トリガー情報の最小単位であり、ワイヤー、ストリッ
プについて各 チャンネルで構成され、一つの 2 に対応している。
Δφ =

0.1

Sub-sector
4

4

4

4

4
η=

4

1.0

Sub-sectors:
49 x 4 = 196

1.5

Trig

Se
ger

ctor

49

2.0

1m
HFU001V03

15
4 4 4

Sub-sectors:
15 x 4 = 60

2.5

図  A トリガーセクターとサブセクター&# では、各層のヒットのコインシデンスをとることにより、バックグラウンドによる偶発的なトリガーを排除している。!& 、!) の ,%  では、ワイヤー、ストリップともに  層中 ) 層にヒットがあること、! の    ではワイヤー ) 層中 & 層、ストリップ & 層中  層にヒットがあること、をコインシデンスの条件として課している。コインシデンスがとられると、 が判定される。ミューオンの運動量が無限大であった場合、ミューオンは磁場の影響を受けることなく、衝突点から .> まで直進する。実際の飛跡は曲率を持っているので、この衝突点と .> を結んだ直線からの  方向、 方向のずれを Æ  、Æ図 + として、これを元に  の判定を行う。

図 +A Æ  、Æ の定義
ミューオントリガーは  の閾値によって 61 /#  以上 で ) 段階、 $1 &#  以上
で ) 段階に分類される。トリガーの判定は、先ず !& 、!) の情報を用いて 61 コインシデン
スが、これに ! の情報を加えて  $1 コインシデンスが取られる。ここまではワイヤー、ストリップが独立に処理されるが 、1 コインシデンスの段階で双方の情報が統合され 、最終的なトリガー判定が下される。図  にトリガー判定の過程を示す。

図 A # トリガーのコインシデンスと  判定

&



 エレクト ロニクス
ここでは # エレクトロニクスの概要と、各モジュールの機能及び配置について述べる。



概要

図  に # エレクトロニクスの全体を示す。

L1A

VME64x

TTCrx

CTP

CCI

SLB
SLB
SLB

ASD
ASD
ASD
ASD

JTAG

PS/B
PS/B
PS/B
PP
PP
PP

HSC

VME

SPP

ROD
ROB
Readout

HPT
HPT
HPT
JRC
JRC
JRC
VME64x

eLMB
LMB
eeLMB

SSW
SSW
SSW

SL
MUCTPI
Trigger

Configuration

DCS

On-detector ( UXA15 )Off-detector ( USA15 )図 A # エレクトロニクスのデータの流れ# エレクトロニクスはのデータの流れは、トリガー、読み出し 、制御に大別される。以下、各々のデータの流れについて説明する。
トリガー 図 &
# の信号は付属の ,< $  ,    ボ ード で増幅、整形された
後、チェンバー上に設置される .13
に差動信号である ,6 
,= 1     で送られる。.13 では . $ .  .. によってバンチ識別が行われ 、
 > 3 3 で    、,%  、各々独立にコインシデンスが取られる。この結果
はビッグホイール外縁に設置されたクレート上の  $1 3. に送られ、. では    、,%  間のコインシデンス判定を行う。判定結果は光ケーブルによって測定室の     に送られ、ここでワイヤー、ストリップ間のコインシデンス処理、Æ  、
Æ による  判定を行い、位置情報 2 と  レベルを !I .2 に出力する。
読み出し 図 )
. が出す  トリガー信号は 、 > . $ .  .. 上の  B で受信され 、
3 へ送られる。3 は  > 1   を受けたバッファ上のデータを、前後あわせて ) バンチ分、ビッグホイール外縁クレート上の  6$: に送信する。: は各
3 のデータを収集し 、光ケーブルで測定室の  10 , > 0, に送る。0, はイ
ベントの整合性をチェックし 、. ベースの 10 ? 0 に出力する。

&&

VME

SLB

PP

HPT

VME64xSL
MUCTPI
Trigger

ASD
ASD
ASD
ASD

図 &A トリガー部

L1A

CTP

TTCrx
VME

PP

SLB

SSW

VME64x

ROD
ROB
Readout

ASD
ASD
ASD
ASD
LVL1 Buffer
Derandomizer

図 )A 読み出し部

図 A 制御部&)

制御 図 
測定室の ! モジュールは直接 . で制御される。一方、ビッグホイール外縁の ! ク
レートには、! マスターとして   $1  16$    が置かれ、測定室2    2 ;   から光ケーブルを経由して制御する。また、チェンバー上にの設置される .13
は、: から K# プロトコルを用いて制御する。この時、.13
上のルーティングには専用の K K#    が使用される。さらに別系統として , ,     ?  がビッグホイール外縁の ! クレートと .13
に? や , 閾値等の設定、監視が行われる。
制御系を持ち、# の  $ 



配置

前述の # エレクトロニクスは大きく分けて三箇所に配置される。図 ' に # エレクト
ロニクスの配置を示す。以下に簡単に説明する。

図 'A # エレクトロニクスの配置 .1. 4 . $1.    > 3 . 4 
! の内側と、!) の外側に設置される。.13 と .. が収められ 、チェンバーと直接, で接続される。# エレクトロニクスが設置される場所の中で最も放射線が強く、搭載される 2 は #? の放射線に対する耐性 を備えている必要がある。
& . クレート

ビッグホイール外縁上に設置される ! クレートである。トリガー処理を行う . 、読み出
し処理を行う : が設置される。これらは  を通じて制御される。.1. 4 と !
もしくは '!) の , で、測定室とは + の光ケーブルで接続され 、フロントエンドと測定室の中継点として機能する。



第章で詳しく述べる&) 0, クレート
測定室 図 / に設置される ! クレートであり、トリガー処理、読み出し処理をそれぞれ統括する  、0, が収容される。また . クレートを遠隔制御する
2 が設置される。# エレクトロニクスの最下流に位置し 、!I .2 や 0 にデータを受け渡す。
ROD/SLHSC Crate

PS Pack

図 /A  検出器と測定室の位置関係



機能

以下では # エレクトロニクスを構成する主なモジュール、ボード の機能について説明する。

,, ボード 図 * はチェンバーの外周に取り付けられ、 ボード 当たり / チャンネルを処理する。# の信号は , で & 段階に増幅され 、整形後、閾値電圧と比較される。この.3 に送られる。, の電源電圧と閾
出力はノイズに強い差動信号 , で .13
値電圧は .3 から供給される。

図 *A , ボード.13 .3
.3図   は 、入力信号に応じて数種類のレ イアウトが存在するが 、典型的には  枚の&'.3 に .. 、3 & 、K  が載せられる。ボード 当たりのチャンネル数は &'/)& である。図 + に .3 のブロック図を示す。.3 は、 > . $ .  .. からクロック及び  等の  信号を供給される。

図  A .13

ServiceP atchP anel
L1A

PS Board
Patch Panel
ASD

Variable
Delay

BCID

Variable
Delay

BCID

ASD

Variable
Delay

BCID

Variable
Delay

BCID

SSW

Slave Board

HPT
LVL1
Buffer図 +A .13



eLMB

JTAG RouteController

OR

Patch PanelCAN

Derandomizerのブロック図. $ .   .., から送られてきた信号は、0H 0; H $ やケーブル遅延の差により、到達時間が必ずしも一致しない。.. では  以下の精度で、このタイミング調整を行う
ことができる。タイミング調整された信号はクロックと同期が取られ、どのバンチで生成されたか決定される。またクロック毎に開けるゲート幅も &' から最大 ' まで拡張することができる。)&$ の各入力に対してマスクの設定が可能であり、, にテ
ストパルスを出力する機能を持っている。

 > 3 3
3 では、入力信号のコインシデンス処理、読み出し処理を行う。  (,%  各々の : (  、及び 2(H2 の ' 種類のコインシデンスマトリックスを内部で切替えて使用する。典型的には  チップで各層 )&$ を処理する。   には &()ストリップは
(& 、,%  には )( のコインシデンス条件が課されるが、これらはより厳しい条件に設定することも可能である。また、入力部にテストパルスパターンを設定し 、テスト&/

パルスを流す機能を持つ。出力部では、各イベントが  のレ イテンシーの深さに設定されたパイプラインバッファに貯められ 、 を受けたイベントは、前後  バンチと共に , で : に送られる。

.13

は、前述のように .. と共に .1. 4図 & に収容される。

図 &A .1. 4!

 $1 3 .
.図 & は .3 からの情報を元に    、,%  間のコインシデンス処理を行う。
 $1 2 は ) つの ,%  3 から 61  信号を受け取り、それに対応した   
3 のヒット信号とコインシデンスを取る。  、 はそれぞれ ' の範囲でエンコード さ
れ 、トリガー領域 2 に対応する位置情報と共に、光ケーブルで  へと送信される。


Æ

Æ

    図 && では、ここまで独立に処理されてきた  方向 ワイヤー と 方向 ストリップ  のコインシデンス情報から、さらに / 段階の  閾値で分類する。  の判定には / 段階の閾値に対応した 1 マップが使用され、このマップは書き換え可能な H.#H  .   %
#   ? 内に実装されている。
/ 段階の  にはそれぞれプレトラックセレクターが用意され 、各段階毎に  の大きいもの
から順に最大 & トラックが選択される。ここで選択された最大 & トラックがファイナルト
ラックセレクターに送られ、最終的に  トリガーセクターにつき  の大きい方から最大 & ト
ラックが選択される。最後に選択されたトラックの  レベルと位置情報 2 が !I .2
















に出力される。

&*

図 &A  $1

図 &&A    6$ :
:図 &) は 3 から読み出されたデータを収集し 、ゼロサプレスによって圧縮後、定められたフォーマットに整形し 、後段の 0, へ光ケーブルで送信する。また、データの送受信だけでなく、K#  プロトコルにより .13
の制御、設定を行う機能を持つ。従来の : は ! 型 H.# を用いて実装されていたが、素子の論理配位情報が I 
>  I  に対して脆弱性を持っていたため、本実験で使用される予定の : は、放射線耐性に優れた 1; H.# を採用している。
 10 , > 0,: から転送されたデータを収集し 、2, の整合性をチェックした後、イベントデータとして 0 に送信する。0,図 & は .I と ,! を搭載し 、通常の . と同じようにロジックをプログラムすることができる。0, の入出力部には H2H0 が備えられているが、入力データ量が処理能力を越えると、 . にビジー信号を送信する。

図 &)A 6$

図 &A 0, ( 2 図 &' 、 2図 &/ はホール内のエレクトロニクスを遠隔制御するためのモジュールである。 はビッグホイール外縁上のクレート、 2 は計測室のクレートに置かれ、光ケーブルで接続される。専用のプロトコルでアドレスと値を送受信し 、 2 から  を経由して : 、. を制御することができる。
! チップの検査方式の一つであるバウンダリスキャンテストの標準方式&

図 &'A 

図 &/A&+2

第 章   エレクト ロニクスの放射線耐性試験
 実験では 、ハド ロン衝突特有の膨大なバックグラウンド が発生するため、# エレ ク
トロニクスは  線、中性子等、大量の放射線を浴び ることが予測される。本章では 、放射線が半導体に及ぼ す影響と  実験の放射線環境、及び # エレ クトロニクスに用いられる
0  10=1$ 1$ =12 の放射線耐性試験の結果について述べる。

  実験における放射線の影響

放射線が半導体に与える影響の内、積算的な吸収線量の効果によるものとして、2,  21 ,  と 212  ?  がある。また、吸収線量に関係なく、単一の放射線粒子の引き起こす効果を   >  =  と総称する。

1 2,  2 , 

入射粒子の積算的な電離エネルギー損失を評価した量である。2, は主に、電子、陽子などの荷電粒子や、 線によって引き起こされる。これらが半導体素子を通過すると、ゲート電極や酸化絶縁膜中で電離が起こり、正電荷捕獲によって常にゲートに正の電圧が印加されている状態になる。その他、2, による影響として、バルク損傷による比抵抗の増加や、界面準位生成によるリーク電流の増加、などが知られている。

1 212  ? 
入射粒子の非電離的なエネルギー損失の積算的な評価のことで、一般的に等価フルエンスを用いて評価する。等価フルエンスとは、入射粒子の種類やエネルギーによらず、それらを一つの標準的な粒子のエネルギーに統一するための量である。ここで等価フルエンスは、! の中性子として換算される。
2 に関しては、# エレクトロニクスで用いている !0 デバイスに対するテストを義務付けていないため、行わないものとする。これは、中性子による半導体の劣化は核子の弾性散乱によるバルク中の格子欠陥によるものであり、 !0 デバイスは表面付近のゲート領域のみで動作するため、この影響がバイポーラに比べて少なく、2 に対して耐性を持つからである。

1   >  = 
単発の高エネルギーのハド ロン入射によって起こされる現象であり、ビット反転のような一時的な誤作動 ソフトエラー と、半導体デバイスの永久的故障 ハード エラー の二種類が存在する。
典型的なソフトエラーは I  >  I  と呼ばれ、高エネルギーの粒子の通過によって生じる電荷が、カットオフ状態の集積回路をオンしてしまうことによって、メモリセル内のフリップフロップが反転する、などの誤作動を起こす。
  >   $ も、I と同じ原理で !0 上のサイリスタ構造 がオンにゲートからカソード へゲート電流を流すことにより、アノード とカソード 間を導通させることができる " 端子の半導体素子、## の $ 重構造をしている)

なってしまう現象であるが 、サイリスタに大電流が流れ続けると、ジュール熱によって回路が永久的に故障してしまう。 はその特性上、メモリセル以外の部分でも発生する。

 実験では 、        ワーキンググループが 、# をベースにシミュレーションを行い、各サブシステムについて放射線基準値を定め、使用するエレクトロニクスについて耐性をチェックする。# エレクトロニクスが設置されるのは、   において F5D*'1 F& 1&+ 、,%  において F5D/ 1 F*1 である。 のシミュレーションより、# エレクトロニクスの放射線基準値      >  は表 ' のようになる EG。

 #?(?   !   (?   &! $  (?    &&*&' 9/'9+,%  &+&9')9+表 'A シミュレーションによる放射線基準値 
各々の  は 、 については  年間の積算吸収量 、  については  年間の!  中性子の等価フルエンス、 については  年間の &!  ハド ロンの等価フルエン
スで評価している。耐放射線基準         の算出に当たっては、のシミュレーションによる不定性等を考慮し 、表 '& に示す安全係数が定められている EG。
安全係数

H
H
H

内容
シミュレーションの誤差
低線量率での長時間照射の効果
チップ製造時のロット差による効果

H
)'
'
&

H
'

&



H
'

&

表 '&A  の安全係数

 に各安全係数を積算した値が  に相当する。従って、2, 、2 、 について、エンド キャップにおける  は以下のように見積もられる。
       E#?G   )    E  G  *   E G
# エレクトロニクスは、上記の  の値に相当する照射を行った上で、安定に動作することが要求される。2, については、#? の 線を照射することで放射線耐性を評価する。図' にシミュレーションによる 2, の 15 分布を示す。
 については、ハド ロンのフルエンスの基準値に基づき評価すればよいが 、 の発生率はデ

バイスの構造と集積度に依存するため、統一的な発生率の基準は与えられておらず、実際の照射試
験における  の発生率から、システム全体への影響を調べる必要がある。図 '& にシミュレー
ションによる  の 15 分布を示す。



素粒子、原子核実験における粒子検出器のシミュレーションを行う為に  %# で開発されたライブラリ
物質の単位質量当たりに吸収されるエネルギーで定義される、&  '()

)

図 'A 2, の 15 分布

図 '&A  の 15 分布)& 
# システムでは、各検出器独自のカスタム 2 と併せ、 0  10=1$ 1$ ;12
も数多く使用されている。今回の放射線耐性試験の目的は、これらの 012 が 、 実験の放射線環境下で少なくとも  年間は動作することを保証することである。表 ') に今回試験した 2 の一覧を示す。
チップ名

ベンダー

/',2
/',&2*'
2
* '
2* 2 * '&H
023 *HI023,!* ,, )&
, *:5*H2 2,!7/ &!72!

機能

2#1., ,2HH2 2 ,2
2#1., ,2HH2 2  2
0  3IHH(,2 :2 )1 0I.I
0  3IHH(,2 :2 )1 0I.I
7 2
132 -I28 0!.0
0:10# &12.I , #9)F  !  .  > ?  
61 F  $1 ,=   <I ,  3= 0  ,  0))12     '10 $ .表 ')A012 一覧

今回の放射線耐性試験では、これらの 2 をテストするために独自の基板 図 ') を作成した。このテスト用基板は、図 ' 、及び図 '' に示す & 系統のゲート回路と、差動アンプ 図 '/ 、, 1,
コンバータ 図 '* からなる。

図 ')A テスト用基板

*  !    ! +,-  .+ ! +,

))

P=Q

A1

Q

A2
|
A5

A2
|
A5

G

OE1 OE2OE1 OE2

TC74AC521F

SN74LVTH541

SN74LVC541

A1

Y1

Y1

+
-

P

SN65LVDS2

1A

1Y

2A
|
6A
TC7S00FU
SN65LVDS1
SN74ALVC04

IDT74FCT3807

図 'A ゲート回路 

RESET
+
-

MR
ADM708SAR

A1

Y1

A2

Y2

NC708SAR

1k

SN65LVDS1

SN65LVDS2

図 ''A ゲート回路 &

図 '/A 差動アンプ , )&

図 '*A ,)

1, コンバータ !7/ &各ゲート回路は、) 秒毎に , 入力信号を反転させながら、出力信号の整合性をチェックした。また、差動アンプは入力電流と出力電流を、, 1, コンバータは入力電圧 )) と出力電
圧 ' を測定した。その他、基板の電源電圧と各系統の電流を記録した。
今回の照射試験ではこのテスト基板を / 枚作成し 、このうち  枚に  線照射を、残りの & 枚に陽子線照射を行った。表 ' に各々の目的と内容を示す。
放射線


線

陽子線

線源

実験施設



東京大学原子力総合センター*!  陽子目的

東北大学サイクロトロン 2 センター

2, に対する評価
 に対する評価

表 'A 放射線照射試験の目的と内容­ 線照射試験

ここでは、東京大学原子力総合センター   において、  線源を用いて行われた  線照射テストについて述べる。このテストの目的は、 線照射による 012 の 2, に対する評価である。# エレ クトロニクスに要求される 2, の耐放射線基準値  は、前述のように
#?4  であり、 0 においてもその例外ではない。従って、 #? の放射線を照射した状態で、回路が正しく動作することを示す必要がある。
今回の照射テストでは、まずテスト用基板 & 枚について )#? を照射した。次いで  枚に *#?
を照射し 、この再現実験として、もう  枚に #? を照射した。照射中は、ゲート回路の入出力信
号の読み出し 、差動アンプ及び , 1, コンバータの動作確認に加え、各系統の電流を測定した。







­ 線照射

図 ' に照射テスト時のセットアップを示す。照射室は二階建てになっており、二階部分に  
線源が収納されていて、照射時のみ一階部分に線源が下りてくる構造になっている。線源は円柱状のものが ' 本、円筒容器に密封されている 図 '+。線源の最大強度は &&3L で、水に対する最大線量率はおよそ #?($ である。 線強度の値は、  のフリッケ測量計 によって測定された値である。また、実際の照射率は線源とテスト基板までの距離によって決まるが 、水に対する線量率をシリコンに対する線量率に換算する 必要がある。今回のテストでは線源と基板の間の距離は ' とした。従って、線量率は )*#?($ と算出される。ゲート回路の , 信
号は、! クレートから汎用 H.# モジュール . を経由して読み出し 、オンラインソフト
ウェアで入出力の整合性をチェックした。また、各系統の電流及び電圧は、デジタルマルチメー
ター M28& を用いてリアルタイムに . に取り込んだ。



結果、考察

表 '' に各基板の照射結果をまとめる。基板  と & では、& 時間余りで  実験約 )
年分に相当する )#? を照射したが 、 0 の動作に異常は発生しなかった。) には & 時
間半に渡って照射を行った結果、) 時間を経過した時点で、ゲート回路の出力信号が入力信号と一

硫酸鉄 !! 水溶液に放射線を照射し 、水の放射線分解物との反応で / イオンが / イオンに酸化される。この酸化反応の変化量から吸収線量を求める線量計を鉄線量計またはフリッケ線量計という

吸収線量を . 、0 を分子を構成する全原子番号の和、- を全ての質量数の和とすると、.
- (0  . - (0の関係が成り立つ。ここで  と  はそれぞれ基準となる分子と変換したい分子を表す。1 の場合は 0(-2,$34 である




)'



図 ' A  線照射試験セットアップ

Co(58 )

150mm

30mm

215mm

287mm

60

ASIC

3

75
79
101

図 '+A 

)/

 線源

致しなくなるエラーが発生した。各 2 の出力をチェックした結果、,!*  でリセットがかからなくなっていることが判明した。エラーの発生記録に基づき、 ではこの再現を試みたと
ころ、照射開始後ほぼ同時間  #? に同じエラーが確認された。従って、このエラーは 2 の性能限界によるものであると言える。



基板 2,


&
)


放射線量 E#?G

備考) 異常なし) 異常なし
* #? でゲート回路にエラー発生
 ) のエラーを再現

表 ''A  線照射試験結果
図 ' に照射線量と , 1, コンバータの出力電圧を、図 ' に差動アンプの正出力と、負出
力を反転させたものをそれぞれ示す。, 1, コンバータの出力電圧を見ると、照射開始とともに電圧が上昇し 、 #? から減少に転じていることが分かる。その後アニーリングにより電圧は再び上昇している。アンプの出力では、照射にともない正電流に顕著な増加が認められる。しかし 、いずれも  実験  年相当の照射量  #? では問題なく動作することが確認でき
る。





㪌㪅㪌㪇㪇

಴ജ㔚࿶㪲㪭㪴

㪌㪅㪊㪇㪇
㪥㫆㪅㪈
㪥㫆㪅㪉
㪥㫆㪅㪊
㪥㫆㪅㪋

㪌㪅㪈㪇㪇
㪋㪅㪐㪇㪇
㪋㪅㪎㪇㪇
㪋㪅㪌㪇㪇
㪇 46%

㪌㪇㪇

㪈㪇㪇㪇
㪈㪌㪇㪇
᡼኿✢㊂㪲㪞㫐㪴㪉㪇㪇㪇図 'A コンバータの出力電圧 基板 1

陽子線照射試験

ここでは、東北大学サイクロトロン 2 センター  82  で行われた、陽子線による  の評価について述べる。 は、高エネルギーのハド ロン粒子により偶発的に起こされる現象であり、統一的な発生率の評価は存在しない。しかし 、放射線による  は、主として &!  以上のハド ロンビームによって引き起こされ 、その断面積は、それ以上のエネルギーではほぼ一定であることが知られている E'G。このため、今回の照射試験では *!  の陽子ビームを用いて評価

)*

㪈㪌

಴ജ㔚ᵹ㪲㫄㪘㪴

㪈㪋
㪈㪊

㪦㪬㪫㩷㪂
㪦㪬㪫㩷㪄

㪈㪉
㪈㪈
㪈㪇
㪇

46%

㪌㪇㪇

㪈㪇㪇㪇
᡼኿✢㊂㪲㪞㫐㪴

㪈㪌㪇㪇

㪉㪇㪇㪇

図 'A 差動アンプの出力電流 基板 )
を行った。ここでは、テスト用基板 & 枚に陽子ビームを照射し 、 線照射時と同様に、ゲート回路の信号、, 1, コンバータの電圧、アンプの電流等を測定した。



陽子線照射

図 '& に全体のセットアップを示す。照射室に設置されたテスト用基板からはデータ読み出し
用のフラットケーブル、電源ケーブル、718 ステージ  のコントロール用のフラットケーブルが伸ばされる。データ読み出し用ケーブルは ! クレート内の . に接続され 、B1. によって制御する。一方、718 ステージ用のケーブルは専用のコントローラーに接続され 、: 61.
でステージを動作させる。照射室に置かれているこれらの . は 、測定室からネットワークを経由して、 または  を用いて遠隔操作した。

図 '&A 陽子ビーム照射試験セットアップ

ターゲットやビームモニタの位置の調整を遠隔操作によって行う装置)

図 ') に実際のビーム照射室を示す。ビームはビームパイプを通過し 、テスト基板上の 0に照射される。基板の後方にはファラデーカップを内蔵したビームダンプが設置されている。ダンプ上にはファイバーシンチレータを置き、ビームのモニターに使用した。

図 ')A 陽子ビーム照射室
次に、図 ' に 718 ステージのセットアップを示す。718 ステージには、基板の位置を調節するために、アルミフォイルに 5 を塗布した蛍光性のスクリーンを設置した。照射中は、このス
クリーンをモニターすることによってビームの照準を合わせ、それからターゲットをビーム位置に動かした。ビームプロファイルと強度の測定は、基板上に  フォイルを貼り付け、照射後の から線量測定を行った。ビームラインの最終段のストッパーで測定したビーム電流は & であり、ビームの直径は最大で &' まで広げることができる。

図 'A 718 ステージ

)+



結果、考察

今回の陽子ビーム照射では、照射線量を定量的に評価するため、金属フォイルを使用して線量測定を行った。今回使用したフォイルは &' &' の 純度 ++++J 以上 であり、これを各基板に全ての 0 を覆うように 枚ずつ貼り付けて照射を行った 図 ''。図中のアルファ
ベットは、図 ' と対応している。



BZ

CH

BW

CE

BU

CA

CC

CI

BX

CF
CD

BV
CB

CJ

BY

Board No.5

CG

Board No.6

図 ''A フォイルの配置

照射後はゲルマニウム検出器を用いて  フォイルの  線スペクトルを測定する。図 '/ にス
ペクトル測定のセットアップを示す。アクリル板の中央に  フォイルを貼り付け、  フォイルとゲルマニウム検出器の距離が ' となるように置く。検出器の不感時間を除いて  秒間、線測定を行った。
Acryl Board

Pb
50mm

25mm

Ge Detector
Cu FoilCu Foil25mm

図 '/A # 検出器のセットアップ
図 '* に、スペクトル測定結果の一例を示す。線量測定は、図中に示されている各生成核子の、特性 7 線のピークを用いて行う。チップ毎に観測される  線の種類に違いはなかった。
また、各 012 の相対強度の補正を行うため、  フォイルに対してイメージングプレート
によるビームプロファイルの測定を行った。イメージングプレートとは、輝尽性発光 体が塗布されたフィルム状の画像センサーである。7 線、電子線、中性子などの放射線を高感度で検知し 、&次元の画像情報が得られる。輝尽性発光体に放射線を照射した後、レーザーで励起させることにより、放射線を受けた部分が発光する。この光を光電子増倍管で電流に変換し 、画像化する。イメージングプレートの輝尽性発光体の強度は ..$1      値という単位で表され 、照射線量に比例した値となる。図 ' に各フォイルのビームプロファイルを示す。
さらに各フォイルを縦横に  分割し 、2 を含む  セルを平均して相対強度を求めた。

物質に放射線などの第  の刺激を与えた後で、第  の刺激を励起光として照射した際に、第  の光よりも波長が短く、かつ最初の刺激に対応した第 " の光を発する発光現象図 '*A  線スペクトル
次に陽子のフラックスの見積もりについて述べる。陽子により  フォイルから生成された核の個数を  、陽子のフラックス E    G 、ターゲットである  フォイルの原子数  、陽子とターゲットの有効断面積  、陽子により生成された核の崩壊定数 E  G とする。陽子によって、
 フォイルから生成される核の生成速度は



D



     






'



となる。ここで有効断面積は陽子と直接反応することによって生成される断面積である。式 ' を
陽子線照射時間  EG で積分すると
D       B   








'&





になる。ここで  フォイルの原子数  を計算する。  フォイルの厚さ  、面積を &'&' 密度を  、原子量を  、アボガド ロ数を  なので、 D       D ' &*  

')



と求められる。
照射終了時刻を D として、時刻  にこの フォイルから放出する放射能の強さ 3E3LG は、  D  B  E3LG
'

3  D 
で与えられ、照射後  EG から  EG 間にゲルマニウム検出器で得られたれた核の 線への分岐比を  、検出効率を とすると、




 









線の数を

、生成さ





 

D



D





!  



 B



  BE  となり、式 '& に代入すると、陽子のフラックス  は


D




  B  B   BE 9  G 

 


 G





''

'/

図 ' A 2. 測定によるビームプロファイル

&となる。ただし 、ここで求めた陽子のフラックスは &' 角の  フォイルにビームが一様に照射していると仮定しているので、相対強度  を用いることにより各 2 に対する陽子フルエンス
を求めることができる。
"

D &'   '




 

E  G'*

次に各チップが受けた吸収線量 7 を求める。*!  陽子によるシリコン中のエネルギー損失
( B は#$D * /E!    G D  /   


E

 





G

' 

である。このエネルギー損失と陽子フルエンスから吸収線量は以下のようになる。

%

DD  /    D  /   
#
$

"

"
"

E (G
E#?G

'+



以上の方法で陽子線のフルエンスを吸収線量に換算すると、  は #? に相当する。
図 '+ に吸収線量に換算したフルエンスに対する , 1, コンバータの出力電圧を、図 '& 、図'& に差動アンプの出力電流を示す。 #? の陽子線を照射しても各チップの動作に問題は見られないことが分かる。 線の照射結果と比較すると、陽子線を照射した場合の方が、, 1, コ
ンバータの出力電圧の上昇が早く、上昇幅も大きい。一方、差動アンプの出力電流を比較した場
合、両者に大きな差は見られない。
表 '/ 、および表 '* に照射試験の結果をまとめる。表中では、   *  E( G を 年として、照射したフルエンスが  実験環境下で相当する年数を示している。陽子線照射では、  の照射線量を越えてからも含め、一度も  は観測されなかった。また  線照射の際に起きたゲート回路のエラー等、 0 の動作異常も発生しなかった。

 ಴ജ㔚࿶㪲㪭㪴

㪍㪅㪌
㪍㪅㪇
㪥㫆㪅㪌
㪥㫆㪅㪍

㪌㪅㪌
㪌㪅㪇
㪋㪅㪌
㪇

㪈㪇㪇

46%

㪉㪇㪇
㪊㪇㪇
㪋㪇㪇
᡼኿✢㊂㪲㪞㫐㪴㪌㪇㪇㪍㪇㪇

図 '+A コンバータの出力電圧 基板 '1/

)

㪈㪊㪅㪇

಴ജ㔚ᵹ㪲㫄㪘㪴

㪈㪉㪅㪇
㪈㪈㪅㪇

㪦㪬㪫㩷㪂
㪦㪬㪫㩷㪄

㪈㪇㪅㪇
㪐㪅㪇
㪏㪅㪇
㪇

㪈㪇㪇

46%

㪉㪇㪇
㪊㪇㪇
᡼኿✢㊂㪲㪞㫐㪴㪋㪇㪇㪌㪇㪇

図 '&A 差動アンプの出力電流 基板 '㪈㪊㪅㪇಴ജ㔚ᵹ㪲㫄㪘㪴

㪈㪉㪅㪇
㪈㪈㪅㪇

㪦㪬㪫㩷㪂
㪦㪬㪫㩷㪄

㪈㪇㪅㪇
㪐㪅㪇
㪏㪅㪇
㪇

㪈㪇㪇

46%

㪉㪇㪇
㪊㪇㪇
᡼኿✢㊂㪲㪞㫐㪴

㪋㪇㪇

図 '&A 差動アンプの出力電流 基板 /

E(( G, )&&9!7/ &&&+92,*H ) * &/9
*  &/9
* '&''9*' &''9/',&&&/9 * '&H &&/9
/',**9 *HI**9
/', +9 *:5* +9,!*   /9
/',& /9
チップ名

照射時間 EG

/+
 '
/&+
/&+
/'
/'
*)'
*)'
/''
/''
/)'
/)'
))
))

フルエンス E( G&'&9)'+9&& 9)9'*9+/9
/*9& 9))9)9* 9&/9+9&)9 実験 E? G
)/
')
)&/
/
&&
& 
&

+
&
&'
&+
'/
*/

表 '/A 陽子線照射結果 基板 '

E(( G, )&&)9!7/ &&*'92,*H ) * &9
*  &9
* '&)+9*' &)+9
/',&&&+9 * '&H &&+9
/', &9 *HI &9
/',' 9 *:5*' 9,!*  +9
/',&+9
チップ名

照射時間 EG

'
')+
'
'
/
/
/'
/'
'+
'+
'+'
'+'
'/'
'/'

フルエンス E( G&)*9&*9* 9+ 9''9&9&9&) 9*9&&&9+9& 9/)9/'9

表 '*A 陽子線照射結果 基板 /' 実験 E? G
)/
) *
&'
)
&&
& *
*)
)
/*
)*
*
 )
&)&
&)/

 まとめ
今回の放射線照射試験では、 線、および陽子線を用いて、# エレクトロニクスに採用される予定の 012 の放射線耐性を試験した。その結果、 線による 2, の試験では、基準値とされる #? の放射線を照射しても、コンバータの出力電圧や、アンプの出力電流は約 J 増加
するに止まり、ゲート回路でもエラーは発生しなかった。また、陽子線による  の試験では、*    のフルエンスにおいて、 が発生しないことが実証された。以上から、これらの 012 は、 実験の放射線環境下で、少なくとも  年間は確実に動作すると言える。
この結果、これらの 012 を # エレ クトロニクスの構成部品として用いることが可能と
なった。



/

第 章 ビームテスト による   システム評価
以下では、& 年  月に  において行われたビームテストについて述べる。このビームテ
ストでは、&' バンチ構造を持ったミューオンビームを用いて、# トリガーシステム全体の動作を検証するとともに、その他のミューオンシステム !, 、. 、!I .2 との統合試験が行われた。この章では、ビームテストの概要と、# システムから読み出されるデータ解析について、特に 3 %   3  のデータに関する手法と結果を中心にまとめる。

 目的# ミューオントリガーシステムにおいて、チェンバーは既に量産および検査を終了し 、これまで 2 、あるいはモジュール単位で開発が進められてきたエレクトロニクスに関しても、
実験で要求されるフルスペックを備えている。今回のビームテストでは、&) 年に行われた同様のビームテストの結果 E+F G を受け、一部に変更が加えられた # エレクトロニクスに関して、デザインの最終確認を行った。
また、 3 において、レベル  ミューオンシステムのトリガーによる ,- の検証を行った。 3のデータは 、全ての検出器で単一の ,- によって記録され 、このデータの解析手法としては 、  フレームワークが一般的に利用されているが、今回の 3 では、独自のデコーダー
によって、スタンド アローンの解析と同様の # システムの評価を可能とした。



セット アップ

図 / にビームテストにおけるミューオン検出器の配置を示す。# の前方及び後方と、! と!&(!) の間にエンドキャップ !, が設置されており、ビーム上流には、バレル !, ) ステー
ションと . がそれぞれ設置された。

図 /A ミューオン検出器の配置- 5-1 実験の解析ソフトウェア

*

 

ミューオンビーム

ビームは 、. .  ?$   加速器の陽子をターゲットで散乱させることにより、生じた  が崩壊してできる '#  ミューオンビームを使用した。バンチ間隔は  と同じ&' であり、バンチ識別の性能評価に利用する。バンチ幅は  であり、 スピルは & 秒である。
なお、実際の  実験では、. で &/#  まで加速された陽子を、最終段のプ リインジェク
ターである . でさらに '#  まで加速した後、 に注入することになっている。

 ト リガー及びクロック

トリガーと、 !" のクロックは、 . から  システムを経由して分配される。図 /&に示すように 、# エレクトロニクス内では、.. 、 、0, が  B を通じてトリガーとクロックを受信する。また、)4" の . オービットに同期して 3 3$    が配信される。 . が受け取るトリガー信号のソースは、# 9. もし くはシンチレータである。# から & 前方に、  のシンチレータが & 枚設置され 、このコインシデンス
によりトリガーをかける。



図 /&A  信号の分配  チェンバー



チェンバーは 、図 /) に示す  と呼ばれるモジュールを 、   ! 、,%  &!& 、!) 使用し 、 実験と同様にワイヤー * 層、ストリップ / 層のシステムとした。 タイプのチェンバーは 、長辺 '&  、短辺 )/ 、高さ &' であり、エンド キャップ外縁付近
で使用される # モジュールである。   はワイヤー & チャンネル、ストリップ )& チャン
ネルの読み出しを持ち、,%  はワイヤー、ストリップともに )& チャンネルである。従って、



チャンネル幅は約  ' である。 実験のジオメトリーで D を想定し 、ワイヤーを垂直に、ストリップを水平に配置した。図 / に示すように 、チェンバーは !, を挟む形で設置され、ビームに対して ' 度の傾きを持っている。
1528mm
1364mmStrip(32ch)
168cm

Beam

Wire(24ch)

Wire(32ch)

M1

M2

M3

1250mm図 /)A # モジュール

図 /A # の配置
図 /' にビーム上流から見た    を、図 // にビーム下流から見た ,%  を示す。  には .3 & 枚と .. が取り付けられており、今回のビームテストのセットアップでは 、 枚の.3 がワイヤー * 層、もう  枚がストリップ / 層の読み出しを処理する。   が設置されている台に . クレートが隣接している。

  エレクト ロニクス
今回のビームテストにおける # エレクトロニクスの構成を図 /* に示す。エレクトロニクス
はチェンバー上の .1. 4 、それに隣接する . クレート 図 /  、測定室の 0, クレート 図/+ に大別される。このセットアップは基本的に  実験と同じものであり、 上の 3 から : を経由してデータを読み出すことにより、# システム単体でトリガー処理の検証を行うことが可能である。

+図 /'A #  

図 //A #,% 

図 /*A # エレクトロニクスの構成 ビームテスト時
前回のビームテストからの主なハードウェアの変更点は、.3 の 3 ?  及び K < 
チップ、. ボード <  、 及び2<  、: ?  である。また、.31:読
み出し  、.31.トリガー の , リンクのデータフォーマットが変更され 、リンク状態のモニターと、エラーの自動修復が追加された。

 スタンド アローンによる検証
スタンドアローン形式のテストでは、 シンチレータによってデータの読み出しをトリガーする。スタンド アローンでは、遅延時間やゲート幅のタイミングスキーム、チェンバーのワイヤー電圧  や、, 入力信号の閾値電圧 $ 、等の # システムにおける各種設定が検証される。

'図 / A . クレート

図 /+A 0, クレート 左上 コンフィグレーション

# エレクトロニクスは、 !" のクロックに同期して &' ビームに対して正しくバンチ
識別を行うために、各モジュールで遅延時間の調節機能を備えている。これを表 / にまとめる。
この遅延の値と、.. のゲート幅を最適に調整することによって正確なバンチ識別が可能となる。
モジュール. $ .   > 3 $1 3

遅延機能 以下の精度で最大 &' まで
0H やド リフト時間、ケーブル遅延の差を吸収' クロック単位で最大 ' クロックまで,%  間の位相の差、入力とクロックのタイミングを調節' クロック単位で最大 )' クロックまで   、,%  間の位相の差、入力とクロックの調節

表 /A # エレクトロニクスの遅延機能
遅延時間を決定するため、.. の遅延時間を変えながら、各層の検出効率 を求めた。この時、
図 / に示すように、トリガーされたバンチ    3  に加え、その前後も合わせて計 ) バ
ンチ分のデータを読み出す。タイムジッターの立上りをゲートの始点とし 、図 / において赤の線で示した前バンチ . > 3  の検出効率が  になる様に遅延を設定する。今回のビームテ
ストでは    の遅延を & 、,%  の遅延を ' とした。チェンバーの配置から、遅延時間の違いは主に 0H の差を吸収していると言える。
図 /& に、ゲート幅と各バンチの検出効率の関係を示す。ゲート幅を広げるのに伴い、. >
3 の検出効率が上がっている。これは、. > 3 でも   3 の信号を検出していることを示す。ゲート幅を広くすると、このような異なるバンチの信号間で誤ったトリガー判定がされてしまう為、ゲート幅は可能な限り &' に近付けなければならない。図 /& より、ゲート幅&/ で   3 の検出効率は飽和している。従って、   3 の信号をゲートの中に収めることができており、これ以上ゲート幅を広くする必要はないと言える。
また、チェンバーのワイヤー電圧と検出効率の関係を図 /) に示す。検出効率は &+ で飽和し 、
チェンバーの動作は安定していることが分かる。以上により、今回のビームテストの設定で #システムが正常に動作することが確認された。


トリガーされたイベントに対して信号を検出した割合'図 /A 入力信号と遅延時間

図 /A 遅延時間と検出効率 !)

ビームプロファイル、検出効率

0, のデータを直接 . で読み出すことにより、ミューオンのビームプロファイルと、チェン
バーの検出効率を評価することができる。実際のビームプロファイルを図 /! 、図 /'!& 、図 //!) に示す。この時の # システムのパラメータを表 /& にまとめる。これらは前述のコンフィグレーションによって決定された値である。
読み出されたビームプロファイルから、ワイヤー、ストリップともに  ' チャンネルにミューオンが集中していることが分かる。マップ中の黒の横線は  に相当し 、シンチレータのコイン
シデンスによって絞られたビームは、チェンバーではおよそ & & になっている。各プロ





'&

㪈

㪼㪽㪽㫀㪺㫀㪼㫅㪺㫐

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㪇㪅㪉
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㪉㪌

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㪉㪏
㪉㪐
㪾㪸㫋㪼㩷㫎㫀㪻㫋㪿㩷㪲㫅㫊㪴㪊㪇

図 /&A ゲート幅と検出効率 !),*㪈㪅㪇㪇㪼㪽㪽㫀㪺㫀㪼㫅㪺㫐

㪇㪅㪐㪏
㪇㪅㪐㪍
㪤㪈㪫㪊㪮
㪇㪅㪐㪋
㪇㪅㪐㪉
㪇㪅㪐㪇
㪉㪎㪌㪇

㪉㪏㪇㪇

㪉㪏㪌㪇

㪉㪐㪇㪇 㪉㪐㪌㪇㪟㪭㩷㪲㪭㪴㪊㪇㪇㪇㪊㪇㪌㪇図 /)A ワイヤー電圧と検出効率 !)
ファイルに見られる長いテールは、チェンバー全面に広がっていることから、ミューオン & トラッ
ク以上のイベントであると考えられる。図 /* 、図 / に ! および !) におけるヒットの分布を示す。
次に、この時のチェンバーの検出効率を評価する。検出効率は、シンチレータでトリガーされたイベントの内、ワイヤーで * 層中 / 層以上、ストリップで / 層中 ' 層以上にヒットがあるイベント
を母数とし 、各層でヒットがあったイベント数を割ったものと定義した。図 /+ にワイヤー、ス
トリップ各層の検出効率を示す。
図 /+ から、   の  層、& 層および ,%  の  層で検出効率が低くなっていることが分かる。これはチェンバー内部のワイヤーサポートの影響であると考えられる。# ではカソード 面の平面性を保つ為、幅 * のワイヤーサポートが補強材として、各層でストリップと平行方向に挿入されている。図 /& 、および図 /& にチェンバー各層の平面構造を示す。ビームによるヒット頻度の高いチャンネルを、ワイヤーはピンク、ストリップはグリーンの領域で表している。これを見ると、検出効率の低い層ではこれらのチャンネルにワイヤーサポート 赤線 が重なっている')

パラメータ



ゲート幅
遅延時間

設定値

&+
: ' 、  *&/   & 、,%  '

表 /&A # システムのパラメータ

ことが分かる。
チャンネル中に占めるワイヤーサポートの面積は約 Jであり、ストリップ読み出しチャンネルの検出効率低下の原因となっている。また、ワイヤーサポートによってチェンバー内の実効電場が低下することにより、ワイヤー読み出しでも検出効率が低下する E*G。# では、各層でこれらの不感領域の位置をずらすことにより、トリガーの検出効率が下がることがないよう配慮されている。

図 /A ビームプロファイル !'

図 /'A ビームプロファイル !&図 //A ビームプロファイル !)''

図 /*A ヒット分布 !図 / A ヒット分布 !)図 /+A 検出効率、ワイヤー 上 ストリップ 下'/図 /&A    チェンバーの平面構造

図 /&A ,%  チェンバーの平面構造  による検証
3 %   3  の一環として、レベル  ミューオンシステム全体のテストが行われた。 3 では、内部検出器、カロリーメータ、およびミューオン検出器において、各システムの 0, から 0 へ送信されたデータは、H26$  H  2 ;   を経て収集され 、全ての検出器のデータが単一のファイルに保存される。以下では、この単一のデータファイルのデコードによる、# システムの動作検証について述べる。

 データ構造
図 /&& にイベントデータの構造を示す。 3 のデータは 、0, データの集合が 03 、03
データの集合が 0 、というように各検出器毎に階層構造を形成している。各階層のヘッダは、
図 /&) のように定められており、#   パートは 0, を除いて全ての階層に共通である。一方、 < パートは検出器固有の情報等、階層毎に異なる構造をとることが許されている E/G。
0, のデータは、検出器によって必ずしもプログラミング可能ではないハード ウェアにフォーマットされること、ヘッダの情報が 0, の製造コストやパフォーマンスに影響を及ぼすこと、等を考慮しなければならない。図 /& に 0, のデータ構造を、図 /&' に実際の 0, データを示す。
3 で読み出された # のデータは図 /&/ に示す構造を持つ。スタンドアローンの解析では、
図 /&/ 中の 0, に相当する部分だけが読み出されていたことになる。今回の 3 における解析の為に 、これらのデータから 0, 部分のみを抽出するデコーダーを独自に開発した。このデコーダーは 、各階層のヘッダマーカー 0A&) 、03A &) 、0,A &)  がデー
タ中に存在すると、自分の一つ下層のヘッダを探す。そして 0, のヘッダマーカーが検出された
場合、0, ヘッダ中の検出器 2, を照合し 、# の検出器 2,/** と一致すると、データ'*

Event Header

r
ctots
e
t
e n
b-d me
SuFragSub-detector Header

RO
FraS or
gm RO
ent B
s
ROS Header

B
RO

ents
m
g
a
Fr

ROB Header

RO
DF
rag

me
nt (
s)

ROD header

ROD data
ROD trailer

図 /&&A データの階層構造
を 00 ファイルにエンコード する。これによってスタンド アローンと同様の解析を可能とした。図 /&* に実際のデータを示す。

 データの検証

以下では実際の 3 データを用いた解析結果について述べる。スタンド アローンでは、イベン
トは   シンチレータのコインシデンスを用いてトリガーされていたが 、 3 では、
実験と同様の # 9. トリガーによって読み出されたデータを検証する。図 /& 、図 /&+ 、および図 /) に各ステーションのビームプロファイルを示す。# 9. トリガーでもスタンドア
ローンとほぼ同様にビームを再現していることが分かる。
図 /) に 61 コインシデンスの検出効率を示す。これは、# 9. でトリガーされたイベ
ントを母数とし 、   で ) 層中 & 層以上 ストリップは & 層中  層以上 、,%  で  層中 )層以上のコインシデンスが取られた割合を表している。   のストリップは判定条件が緩い為に検出効率が ++Jに近いが 、その他では + J前後である。図 /)& に # 9. でトリガーされたイベントの内、ワイヤー / 層以上、ストリップ ' 層以上のヒットを持つイベントを母数とした
場合の、61 コインシデンスの検出効率を示す。この場合、ワイヤー、ストリップ共に検出効
率は、++'J以上であった。
この結果から、# 9. でトリガー判定されたイベント全てを母数とした場合、バックグラウ
ンドを誤ってトリガーしてしまったことによる、検出効率の低下があることが分かる。一方、#でのヒットにスタンド アローンと同様の条件を課し 、# にミューオントラックが存在するイベ

 %# で開発されているオブジェクト指向型のデータ解析フレームワーク'

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Status element (n-1)
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Offset (m-1)
Number of fragment specific
Fragment specific...

Generic

Specific

図 /&)A ヘッダの構造

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Source identifier
Run number
Extended Level 1 ID
Bunch crossing ID
Level 1 trigger type
Detector event type

Data elements
Status elements...
Status elements

HeaderStatus elements...
Status elements

OR
Data elements

Number of status elements
Number of data elements
Status block position

Trailer

図 /&A 0, データのフォーマット

ee1234ee
8
2020002
6707
1
50
0
0
0
0
0
11
4801200
43769a66
63000000
cc08d140d72cdf00
4272fd15
62420000
82108d80
91049606
97c0df00
fca5d8264110

header
L1ID
BCID

DATA

trailer

図 /&'A 実際の 0, データ

ントのみを選んだ場合 61 、コインシデンスの検出効率から、 における最終的なトリガー検出効率は ++Jであると見積もられる。この場合でも、61 コインシデンスの検出効率が
Jにならないのは 、ビーム自体が &' のバンチ間隔からずれていたイベントがあった為だと考えられる。

 まとめ
今回のビームテストでは、&' バンチ間隔のミューオンビームを用いて、フルスペックデザイ
ンのエレクトロニクスを実装した # システムの、レベル  ミューオントリガーシステムにおける動作を検証した。
スタンドアローンでは、# システムの最適なコンフィグレーションを検証し 、トリガー及びデー
タ読み出しを適切に行うことを確認した。また、 3 では、全検出器のデータから # のデー
タのみをデコードし 、この解析結果から、# システムのトリガー検出効率を評価した。

'+

図 /&/A3 で読み出されるデータの構造

図 /&*A 実際の

3 データ

特に本論文では、# システムの読み出し系のデータ解析を行うことによって、61 コイン
シデンスの段階までを検証した。最終的なレベル  トリガーまでを含めたデータ解析に関しては、各検出器に共通のフレームワークとして、 におけるオンライン解析手法の確立が進められている E&G。

/図 /& A

3 ビームプロファイル !/

図 /&+A3 ビームプロファイル !&図 /)A

3 ビームプロファイル !)/&

図 /)A 61 コインシデンス検出効率 #

9. 

図 /)&A 61 コインシデンス検出効率 #

/)



第章

  セクターアセンブリに向けた  エレクト ロニクスの検証

# の量産の終了と、エレクトロニクスのデザインの確定を受け、&' 年 & 月から  において、! ステーション (& セクターの構築と、そのテストが開始される。この (& セクターア
センブリは、エレクトロニクスも含め、本実験で稼働する # システムの一部を実際に構築し 、その動作を検証することを目的としている。この章ではアセンブリの概要、(& セクターにおける # エレクトロニクスの動作を検証する為のセットアップ、及び実際に行った検証内容と、今後の予定について述べる。

  セクターアセンブリ
(& セクターアセンブリでは、初めてフルスケールの # システムの構築が試みられる。全てのチェンバーは量産後に検査済であり、ビームテストでは、チェンバーからの信号によりエレクト
ロニクスが正しく動作することが確認されているが、実際の (& セクター構築に当たっては、セクター本体の組み立てから、ケーブルの配線、電圧やガスの供給、完成後のテスト方法まで、様々な課題の検証が必要である。
図 * に ! ステーションの平面図を示す。図中の斜線部分が (& セクターに相当する。(&セクターは  つの  1  トリガーセクターと、& つの H 6
トリガーセクターから構成される 。使用されるチェンバーは、 が & 台 H 6  、) 、/ 、* 、 が各  台  1  である。セクターは、水平状態で先ずケーブル、.1. 4 をフレームに配置し 、垂直に立てられた段
階で、# を載せてガスチューブやエレクトロニクスとの接続を行う。この状態でエレクトロニ
クスのテストが行われる予定である。その後、セクターは垂直状態で実験ホールに設置され 、宇宙線やビームハローによる、トリガーおよびデータ読み出し処理のテストを行う。
本論文では 、(& セクターに搭載される .1. 4 の組み立てと接続、およびエレ クトロニクス
単体で可能な動作検証について述べる。.1. 4 は .3.13  枚と .. > . $.   で構成され、 1  トリガーセクター & 、H 6 トリガーセクター  の信号処理を行う。図 *& にチェンバーと .1. 4 との接続を示す。この図は (& セクターに対応しており、これが & セットで (& セクターとなる。表 * に (& セクターエレクトロニクスのコミッショニン
グに関する予定をまとめる。



セット アップ

これまでのエレクトロニクスのテストでは、.3 & 枚を接続し 、各々がワイヤー * 層、またはストリップ / 層の、チェンバー  台分に相当する全チャンネルを処理していた。これは最少のハード ウェアで # システム全体のテストを行う為のセットアップであり、本実験では、! の内側に取り付けられた .1. 4 が    の ) 層を、!) の外側に取り付けられた .1. 4 が ,% の & & 層を処理する。



図 $,4 参照/

図 *A (& セクター !

期間

内容

目的

&' 年 & 月 &' 年  月 !
&/ 年 !& 、!)&* 年 ベンチテスト量産されたエレクトロニクスの検証

&' 年

テストパルス、宇宙線
テストパルス< ? の検証

実験ホールにインストール、   ? 、 3=$ の検証

3 クロック、トリガー信号の検証

ビームハロー

表 *A (& セクターエレクトロニクスのコミッショニング/'図 *&A # と .1. 4 の接続 !//(& セクターアセンブ リでは 、   用の .1. 4 を & セット作成する。.1. 4 は .. と.3  枚で構成されるが 、多数の .3 を接続した際に、デザイン通りに制御、読み出しが行えるか検証する必要がある。以下では検証の為のエレクトロニクスのセットアップについて述べる。

 

電源

.3 は  枚につき、ボード 自身に供給される9)) と1) 、これとは別に、, に供給する
為の9)) 、の計 ) つの電源入力を持つ。スライステスト及びビームテストでは、 台の電源でこれらを全て供給していたが、(& セクターでは、各入力に電源を  台、計 ) 台を使用する。また、
.. の電源 9)) もこの電源から供給する。使用される電源装置  0 .3'H1)) を
図 *) に示す。

図 *)A 電源装置



この電源装置は  ' &/ の入力に対応し 、  にセットアップを移行する際にも変圧装置を用意する必要がない。また、出力電圧は約  まで可変であり、.3 の ) 入力全てに対応することができる。最大出力電力は ++: で、.3 & 枚を動作させるのに十分な容量を備えているが、現行の圧着端子によるケーブルの接続には限界がある為、専用のディストリビューションボッ
クスを製作する予定である。

 

 

.1. 4 は、.3 & 枚を & 階構造で収納するフレームが ' 個と .. で構成される。図 * 及び
図 *' に .3 を収納するフレームを示す。フレームはボタン状の止め具でラダーに固定され 、セクター本体に装着される。本論文で述べるセットアップに関しては、現時点で利用可能な資材の制限により、このフレーム & 個を用いて .3  枚を接続し 、その制御と読み出しの検証を行った
図 */。ただし 、接続と検証の方法は .3 の数が増えても原則的に変わることはなく、そのまま適用することができる。

  エレクト ロニクス
図 ** にエレクトロニクスの検証スキームを示す。.1. 4 上の各 .3 は、データ出力とトリガー出力を持ち、: 6$ との間では、データに加え、K# の送受信も行っている。
トリガー出力は本来 . $1 に接続されるが 、今回のセットアップでは使用しない。

/*

図 *A .3 収納フレーム 蓋あり

図 *'A .3 収納フレーム 蓋なし 

図 */A エレクトロニクス検証用セットアップ
各 .3 に対して、クロック  M は .. から個別に供給される。リセット  は、..
の出力が  つしかなく、.3 には入力側と出力側が存在し 、各々の端子に互換性がない為、図 *
に示すように .. からの信号を分配した。
.3 の接続数を増やす際には、このセットアップに従って、追加されたボード に電源、クロッ
ク、リセットを供給することで、ハード ウェアとしての準備は整う。

   の制御、読み出しの検証.1. 4 における場合のような、多数の .3 の同時制御、読み出しはこれまで検証されたことがなく、(& セクターアセンブ リに向けたエレクトロニクスの準備における課題とされていた。
今回の検証では、: から各 .3 を制御し 、3 のテストパルス機能を用いて、正しくデータの読み出しが行われていることを確認した。以下では、その方法と結果について述べる。

/

SPP

TTCvx
TTCvi

RESET

PC
CLK

Control

Bit3
CCI

Read-Out

PT4

HSC
PC

Bit3

PS-Board

Data
JTAG

SSW

図 **A エレクトロニクス検証スキーム

PS-Pack…

PS-Pack

PSB(Wire)

PSB(Strip)
PSB(Wire)

PSB(Strip)

SPP
RESET

図 * A リセットの分配スキーム

/+



検証方法

以下では .1. 4 の制御およびデータの読み出しと、その検証方法について説明する。

1 制御
各 .3 のクロック、及び リセット信号は全て .. から供給される。.. は  >B から
 信号を受け取るが 、この  信号の出力は、! 経由で  > のレジスタの値を設定することにより、コントロールできる。一方、.3 のコンフィグレーションは : から K# プロトコルを用いて行う。: と各 .3 は、: の 7 で  対  に対応しており、: 側で 7 のアドレスを指定することによって目的とする .3 にアクセスする。これはデータの読み出しに関しても同様である。.3 上では専用の K によってルーティングが行われる。

1 読み出し3 からの出力は / ケーブルで : へ送信される。: は受信したデータをゼロサ
プレスによって圧縮し 、規定のフォーマットに整形する。この過程については後で詳しく述べる。: の出力は、本実験では光ケーブルで 0, へ送られるが、今回のテストでは .
にダンプし 、3) 経由で直接読み出した。
これまでエレクトロニクスの動作検証を行う際には、..#. .   #    にシミュ
レーションで生成したテストベクターをダウンロードし 、これを , の出力信号の代わりとして.. に入力する方式 EG を取っていたが、入力信号数の増加に伴い、この方式では全数同時のテストが不可能になった。そこで、今回のテストでは、3 のテストパルス機能を用いて .3 のデー
タ読み出しの検証を行った。
3 のテストパルスは、3 以降のエレクトロニクスの正常な動作を確認することを目的としており、/ ビットのテストパルスパターンは : から K# プロトコルで書き込むことができる
E G。この書き込んだパターンが、テストパルストリガー信号が入力された時の 3 の入力となる。
今回は  種類のテストパルスパターンを用意し 、その入力に対するデータの読み出しを検証した。



結果

: は、3 からの出力 & ビット テストパルス / ビット 9トリガー出力  ビット  を受け取るとゼロサプレスと呼ばれる圧縮を行う。これにより、& ビットのデータを ビットずつ &'のセルに分割し 、セルの中に少なくとも  つ  が存在すれば 、データを表 *& のフォーマットに整形して H2H0 に書き込み、セルの中が全て  ならそのデータは無視される。図 *+ にゼロサプレスの例を示す。

'  )




&   + * / '  ) &      %     %     % 

表 *&A : のデータフォーマット

H2H0 に書き込まれたデータは 、先頭の ) ビットがどの 3 に属するかを示し  A   、
 A . > 、 A  B 、続く ' ビットがセルのアドレス、最後の ビットがデータである。
図 * に実際のテストパルスの例を示す。3 から入力されたテストパルスが : で圧縮され 、. で読み出した結果をデコード すると、元のパターンが再現されていることが分かる。各々の
*

0

1

2

4

00000000 00001000 00000000 00000000

00000000

3bit 5bit 8bit
100 00001 00001000
hit address hit map

図 *+A ゼロサプレスによるデータ圧縮
テストパルスパターンについて 3 からの入力と : からの出力を照合し 、一致することを確認した。
以上の結果から、: を経由して任意の .3 にテストパルスパターンを書き込み、これを正し
く読み出せることが確認された。今回のセットアップを拡張することで、最終的に  枚の .3 から構成される .1. 4 の制御、読み出しも適切に行うことができると考えられる。

SLB
Test pulse

SSW

PT4
Read out
Hit map
図 *A テストパルスの読み出し



今後の予定

これまで .1. 4 の制御とデータ読み出しについて、3 のテストパルス機能を用いて検証してきたが、今後、.3 に , を接続した際には、... $ .   のテストパルス機能による結線のチェックが可能である。この際、 からトリガーと  を与えてやることによって、,の応答を読み出すことができる。これを利用して、, の閾値電圧を変更しながら、ノイズの挙動を検証することが必要である。
今回のテストではビームテストと同タイプの : を用いたが 、今後は 1; H.# を実装
し 、 ボード で .3  枚 現行デザインでは ' 枚 の制御、読み出しを同時に行う最終デザインの
:図 * に移行される予定である E)G。移行後は :  ボードが (& セクターの制御及び読み出しに対応する。
また、今回は 3 のテストパルスを入力信号として用い、適当なトリガーを入力することで読み出しを行ったが、アセンブ リ後に宇宙線等によるテストを行う場合は、   の信号のみからヒットをトリガーしなければならない。. は ,%  のヒット情報がなければトリガーをかけ*図 *A 6$最終デザイン 

ることができない為、. に代わるトリガーモジュールの開発が進められている。

 まとめ&' 年 & 月の (& セクターアセンブ リの開始に向けて、.1. 4 の実際の組み立てと、そのエレクトロニクスの動作について検証した。多数の .3 の接続とその制御、データ読み出しのテストは実質的に初めての試みであり、今回のテストの結果、: を経由して .1. 4 内の .3
を正しく制御し 、適切にデータの読み出しが行えることが実証された。
.3 の一部 : がまだ基板の実装段階にあることや、.1. 4 フレームの数、電源のディス
トリビューションボックスの製作、等の制限から、実際に接続された .3 は  枚に留まるが 、接続及び検証方法は .1. 4 枚 と原則として変わらず、今回その手法が確立されたと言える。

*&

第  章 まとめ 実験では、 !" という非常に高いバンチ衝突頻度の下で、高速かつ効率よく対象のイベントを選別する為のトリガー及びデータ収集システムが必要である。 のトリガーシス
テムは、レベル  、レベル & 、イベントフィルタ、の ) 段階から構成され 、最終的には &" まで
大幅にイベントレートを落とさねばならない。# システムはレベル  トリガーミューオン検出器であり、本論文のテーマはレベル  トリガーシステムとしての性能評価と、実際の検出器構築に向けた課題の検証であった。
# システムは強い放射線環境下に置かれることから、そのエレクトロニクスは、 実験で少なくとも  年間は動作を保証する為に、 #? の放射線に対して耐性を持たなければならなにポリスイッチとして使用される 012 について、 線、及び陽子ビームい。今回 .13
による放射線耐性試験を行った。その結果、2,  2 ,  、  >  = に関して、 実験で要求されている耐性基準を十分に満たしていることが実証された。
& 年  月に  で行われたビームテストでは、本実験と同じ &' のバンチ間隔を持つミュー
オンビームにより、最終デザイン 、またはフルスペックを備えたプロトタイプのエレクトロニク
スについて、その動作を検証した。# システム単体のテストでは、  シンチレータ
トリガーを用いて、コンフィグレーションを行い、エレクトロニクスが正しく動作することが確認された。 3 %   3  では、他のミューオン検出器及びカロリーメータと連動することにより、レベル  トリガーシステムとしての性能評価を行った。特に、 3 における全検出器のデータの中から、# のデータのみをデコードし 、# システムにおけるトリガー検
出効率を評価した。
また、&' 年 & 月から開始が予定されている (& セクターアセンブ リに向けて、エレ クトロニ
クス、特に .1. 4 の動作検証を行い、正しく制御、データの読み出しが行えることを確認した。
様々な制約から、完成状態の .1. 4 を動作させることはできなかったが、構築及び検証に関する手法は確立されたと考えられる。(& セクター完成後は宇宙線、ビームハロー等によるコンフィ
グレーションと動作テストが行われる予定であり、現在その手法が検討されている。





*)

付 録

略語一覧

2  A   2  B  , A < $  ,   A     3 2, A 3$  2 <
3  A 3$    
2 A    2 ; 
! A   !  
0 A   0= $ $ ; A $   $ %
. A     .  ,  A ,    ? 

  A >     
H A >  H
2 A    2H2 A H 6 2
H.# A H  .   % #   ?
. A  $1 3
 A  $1  16$  
K A K#   K# A K    #  A  > 1  
2, A > 1 2 <
. A     .   A    , A 6  ,=     !, A ! , ; %!I .2 A !     .   21
 ;
!:. A ! : .    $ %2 A  2  ? .. A . $ .  ..# A . .   #  
.3 A .13
. A .$1    
 A        
03 A  10 34
0, A  10 , >2 A   ; 2 
0 A  10 ? 
. A  > .  $ % A       
 A   >  =  A   >   $1
I A   >  I 
H2 A 6$  H  2 ; 
 A    
3 A  > 3.. A  > . $ .   A       > 
: A  6$
# A $ #  $ %
2, A   2 , A    

*

参考文献
EG  ,    .$? . ;    $  ,       F
( ++1F ! ? +++E&G  ,    .$? . ;    $  ,       &F( ++1'F ! ? +++E)G  H 1 >    $  ,     F (EG !,  F      + 1F K ++  F ( 11-F K? &

E'G !$ F HH F     $      >  I        >  F 2! '& ''
E/G 3 F ,H F !  F ! F #!  $F K.  F H:4 F$ 6 >  ;    $    N ,-F (1,11+F H % &E*G 長島壮洋F 東京大学 修士学位論文「  実験ミューオントリガー用 $ #  $ %の量産と動作検証」F & 年  月
E G 竹本享史F 東京大学 修士学位論文「  実験ミューオントリガーシステム用 2 の開発と総合評価テスト 」F &) 年  月
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及びシミュレーションによる総合評価」F & 年  月
EG 豊島克幸F 東京都立大学 修士学位論文「  実験  > 1 エンドキャップミューオントリ
ガーシステムのビームテスト」F & 年  月
EG 渋谷和弘F 東京大学 修士学位論文「  実験ミューオントリガー検出器に用いる読み出しエレクトロニクスの開発及び統合テスト」F & 年  月
E&G 藤井祐介F 東京大学 修士学位論文「  前後方ミューオントリガーシステムオンライン系の開発と統合ビームテストによる動作検証」F &' 年  月E)G 野本裕史F 東京大学 修士学位論文「  前後方ミューオントリガーシステム読み出し系の開発」F &' 年  月*'

謝辞
本研究に取り組む機会を与えて頂き、研究を進める上で適切な指導並びに助言を頂いた指導教官である川本辰男助教授 に深く感謝致します。また本研究において多くの助言を頂いた佐々木修
氏  、同じく # エレクトロニクスグループの坂本宏氏 、蔵重久弥氏 、福永力氏  、池野正弘
氏  、長野邦浩氏  にも深く感謝致します。また様々な面で貴重な助言を頂いた小林富雄氏 、近藤敬比古氏  、岩崎博行氏  、田中秀治氏  、石井恒次氏 、浅井祥仁氏  、石野雅也氏  、上田郁夫氏  、前野忠嗣氏  他  日本グループの方々に深く感謝致します。共に研究を行い議論した、一宮亮氏 、野本裕史氏 、藤井祐介氏 、福地直也氏  、佐々木貴之氏 、山口嘉樹氏 にも深く感謝致します。研究生活を通じて惜しみない協力を頂いた田中純一氏 、南條創氏 、片岡洋
介氏 、大下英敏氏  、高田徳之氏  にもこの場を借りて感謝を申し上げたいと思います。
所属A
東京大学素粒子物理国際研究センター 2 .. 、高エネルギー加速器研究機構 MM
神戸大学 自然科学研究科 、東京都立大学 理学研究科  、欧州原子核研究機構  
信州大学 工学系研究科 */