13■研究紹介

K L0 → π 0νν 実験（KEK PS-E391a）の測定器建設
KEK E391a 実験グループ
高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所

稲 垣

隆 雄、イムケ ヨブ、奥 野

英 城

takao.inagaki@kek.jp, gylim@post.kek.jp, hideki.okuno@kek.jp
2004 年 5 月 20 日

1.

3. 終状態に 2γ だけが放出される崩壊モードは、 K L0 → γγ

はじめに

（ 分 岐 比 5.69 × 10−4 ） で 、 こ れ は 、 2γ の Pt お よ び

K L0 → π 0νν 崩壊は、CP を直接破る過程で、分岐比予測

acoplanarity 角度で区別する。そのために、 K L0 ビームの理論的な不定性が小さく（約 2% ）、小林・益川のクォーは極細（ペンシル・ビーム、直径は測定器の入り口で

ク混合行列要素を決める上できわめて重要であり、K 崩壊

6cm）にする。

で残された最大の実験対象であるといわれている。標準模−11型で計算される分岐比は 3 × 10

で、一方現在までの実験

4. ビームライン上流での K L0 崩壊からの π 0 の混入を防ぐ
ため、上流部にも veto 検出器で囲まれた空間を配置す−7

上限値は 5.9 × 10 （KTeV[1]）である。このギャップをどうやって埋めるかが、実験家にとっての魅力的で挑戦的な課題となっている。

る。

5. 中性ビームライン中の中性子や γ と物質との相互作用に よ る π0 生 成 を な く す た め 、 ビ ー ム 領 域 を 高 真 空0L0

われわれの E391a 実験では、 K → π νν 崩壊分岐比を、−10

まず KEK-PS のビーム強度で実現可能な 3 × 10の感度で測定し、この経験を踏まえて将来の J-PARC では 3 × 10−13
レベルにまで到達することを狙っている。E391a 実験は2001 年 7 月の PAC で本採択され、2002 年秋のエンジニア
リング・ランを経て 2004 年 2 月から本実験（300 シフト）を開始した。ここでは、その測定器建設の概要について報告する。

（ ∼ 10−5 Pa ）にする。
これらをすべて理想的に実現することは、技術的にも予算的にも困難であるが、できるだけ理想に近づけるように設計したのが以下の測定器である。最大の特徴は、高真空が必要な K L0 崩壊領域と検出器領域の間の物質量をできるだけ少なくするため、K L0 崩壊領域を囲む検出器をすべて真空中に配置したことである。約 100 トンのカロリメータと870 本の光電子増倍管が、直径 3.8m、長さ 8.7m の真空容器に収納された。

2.

測定器の概念設計
K L0 → π 0νν 稀崩壊を、他の主要な K L0 崩壊モードや中性ビームに付随するバックグランドから分離して測定することはそう容易ではない。E391a では、次のような基本方針をとることにした[2]。
1. 終状態の π 0 測定には純 CsI 結晶カロリメータを使用し、

2γ のエネルギーと位置を測定する。

3.

全体構造

真空容器、支持構造体を含む測定器の全体構造図を図 1に示す。これらの構造体の概念設計は KEK で行われ、詳細設計は、2 年間にわたる ISTC（International Science andTechnology Center）プロジェクト（#2118）のもとで、ロシアの ENTEK 社（Moscow）が行なった。ISTC プロジェ

2. 終状態に π 以外の粒子がまったく放出されていないこ

クトは、旧ソ連邦の研究者が軍事目的でなく平和目的の研とを保証するため、 K L0 崩壊領域を完全に囲む高感度の究に従事できるよう国際的に支援するプログラムで、

γ 線・荷電粒子検出器（“veto 検出器”と呼ぶ）を置く。

ENTEK 社は ISTC を通じて LHC 測定器の建設にもかかわ0

また、 K 崩壊領域の上流部、下流部にはカラー・カウっている。E391a 測定器の設計のために ENTEK 社では約

ンター、ビーム・アンタイ・カウンターを配置し、穴を10 名の技術者を用意し、構造体の設計、強度計算、カロリ

最小化する。

メータ組み立ての具体的提案などをおこなった。測定器の0L

実際の製作は日本の会社で行われたので、標準部品の違い、利用できる技術の違い、設計に対する考え方の違いなど

14

図 1：E391a 測定器
色々と困難はあったが、KEK 研究者と ENTEK 技術者の相

中央部

互訪問により、何度も図面を描き替え、お互いの要求を十• メインバレル（MB、鉛･シンチ積層円筒型カロリメータ、

分理解し、協力し合って完成にこぎつくけることができた。
検出器を収納する真空容器は、上流部、中央部、下流部の三つの部分から構成され、直径 3.8m のフランジで接続さモジュール数 32、PMT 数 128）
• バレル荷電粒子 veto（BCV、シンチ 2 層、モジュール数

32、PMT 数 64）れている。それぞれの部分は検出器を収納して 2 本のレー
ル上を独立に移動できる構造となっている。したがって、

下流部

各検出器の真空容器への組み込みは個別に行われ、最後に、• CsI 結晶（KEK-E162 より 552 個を使用、FNAL-KTeV

レール上で三部分を合体させた。真空容器、支持構造体、検出器を含む全重量は、上流部約 25 トン、中央部約 75 トン、下流部約 18 トンである。真空容器は、予算と組み立て
スケジュールの関係で、2001 年度に下流部を、2002 年度に上流部を、2003 年度に中央部を製作した。真空容器は上流部と下流部が SUS 製で、veto カロリメータを収納する中央部は SS 鋼材を使用し、アウトガスを減少させるため内面にエポキシ塗装を施した。各部分に組み込んだ検出器は次の通りである。
上流部• フロント・バレル（FB、鉛･シンチ積層円筒型カロリメ
ータ、モジュール数 16、PMT 数 32）• カラー・カウンターCC02（鉛･シンチ積層シャシュリッ
ク型、PMT 数 8）より 25 個を借用）• カラー・カウンターCC03（タングステン･シンチ積層型、PMT 数 8）• カラー・カウンターCC04（鉛･シンチ積層型、PMT 数 8）
• 荷電粒子 veto（CV、シンチレータ、PMT 数 36）
真空容器の外側下流には、さらにカラー・カウンター（CC05, CC06, CC07）と、ビーム・アンタイ（BA）が設置され、ビームが通る穴も含めて検出器が完全に K L0 崩壊領域
を覆うようにしている。
下流部に組み込まれた CsI カロリメータなどの検出器は、

2002 年 10 月のエンジニアリング・ランでその性能が徹底的に調べられた[3]。また、その後、真空中での宇宙線による動作テストも行われた。以下に、主要な検出器の構造とその建設について報告する。

4.

CsI 結晶カロリメータ（下流部）

4-1 基本構造
図 2 に CsI 結晶カロリメータの配置図を示す。

PMT 放電開始電圧 [kV]

15

2
1.5
1
0.5
0
1

10

100

1000

10000

真空度 [Pa]
図 3：放電電圧の圧力依存性

4-2 下流部への組み込み（CsI、荷電粒子 veto、CC03, CC04）
図 2：CsI 結晶カロリメータの配置図

下流部の直径 1.7m の SUS 円筒の中への検出器組み込み
は、2002 年夏に行われた。その際、モジュールを置くごと

純 CsI 結晶は、その大部分の 496 個が PMT も含めて E162に、上と左右から圧力をかけてモジュール間の隙間を最小実験のリサイクルで、結晶サイズは 70 × 70 × 300mm 3 であにしたが、以下のような工夫もした。まず同段に並べる結る。円筒周辺部に配置される 56 個は、支持円筒の形状に合晶の数＋2 個の結晶をランダムに選び、定盤に置き指でなうようにコーナーを加工した。中心部に配置された 25 個

ぞって高さの順に並べる。円筒内に設置する時には、端の（ 50 × 50 × 500mm 3 ）は KTeV グループより借用したもので2 個（最大と最小）を除外して左から順に並べる。次の段ある。さらに内側にはタングステン・シンチ積層型検出器

CC03 を置き、また、周辺部の支持円筒とのわずかな隙間にも 24 個の鉛・シンチ積層型検出器を配置し、不感領域をなも同様に順序づけたモジュールを今度は右から順に並べる、という方法である。もちろん望遠鏡を使ってモジュール位
置のチェックも行った。図 4 に組み立ての様子を示す。

くした。
本実験ではこれらを真空中で動作させるので、PMT の放電とディバイダの発熱による CsI 結晶温度の時間変化に注意を払った。まず PMT の高圧ディバイダを改造して電流を減らし、発熱量を従前の 1/3 にした。これに伴う高い計数率でのゲイン低下については、あらかじめ K0 実験エリアで問題がないことを確認した。また、各ディバイダからの発熱を吸収し、しかも放電を抑えるため、ディバイダには耐電圧・導熱性接着剤を充填した。抵抗発熱体からの熱は外側につけたアルミ・リングに、リングからは銅網線でCsI カロリメータの背面に配置された冷却水配管に伝達している。
CsI 結晶を下流部に組み込む前に、実際に使用するカロリメータで放電電圧の真空圧力依存性を調べた。図 3 にそ図 4：下流部への CsI 組み込みの結果を示す。
1Pa 以下の真空度では問題がないことを確かめた。また、

事前にすべてのモジュールを真空下で宇宙線を使ってテストした。25 モジュールを 5 × 5 のマトリックスに組み、1 ユ
ニットの測定に 2 − 3 日を要したが、これらのデータは組み込み後の宇宙線テストの役に立った。

CC03 は CsI と同時に組み込んだが, 荷電粒子 veto は CsIを組み込んだ後に、CC04 は上流部、中流部、下流部の合体を終えてから取り付けた。PMT 冷却用配管は、エンジニア
リング・ランの後に取り付け、真空中で冷却テストを行った。

16

4-3 測定器の較正とエンジニアリング・ラン
E391a では、基本的には上から降ってくる宇宙線ミュー
オンとビームに付随し水平にシールドを突き抜けてくるミ

5.

鉛･シンチレータ積層型 photon veto
検出器（上流部、中央部）

5-1 基本構造

ューオンを使って測定器の較正を行った。 K L0 → π 0π 0π 0 か

Veto 検出器の役割は、終状態に π 0 以外の粒子がまったくらの 6γ を使った微調整、ビーム軸上に Al 板を置いて生成放出されていないことを保証することである。そのため

0する π からの 2γ を使った絶対較正も重要なクロスチェッ

veto 検出器は幾何学的に完璧に、かつ γ に対する非常に高クである。CsI については現在 3% 以下の精度でエネルギー

い検出効率をもって K L0 崩壊領域を囲まなければならない。

較正を行なっている。2002 年のエンジニアリング・ランでVeto 検出器の配置を図 5 に示す。上流部に置かれるのがフは、特に実験上重要課題の一つである CsI カロリメータのロント・バレル（FB）で、中央部がメイン・バレル（MB）

エネルギー較正を行った。これについては Ref. 4 に詳しくである。FB は 16 個の台形モジュール、MB は 32 個の台形報告している。エンジニアリング・ランで前記の較正方法

モジュールから構成されている。それらの台形は図 6 に示の有効性が確かめられたので、その他の測定器のエネルギ

すような不等辺台形で、円筒状に組み上げられた後にはモー較正、タイミング較正についても、同じ方法をとってい

ジュール間の隙間がビーム軸上から見えない様になっている。

る。

図 5：Photon veto 検出器の配置

図 6：鉛･シンチレータ積層型 photon veto 検出器の断面図
左：フロント・バレル

右：メイン・バレル

17
FB は 1.5mm 厚の鉛と 5mm 厚のシンチレータの積層（60層）で、全厚さが 16.5X 0 、長さが 2.75m である。MB は内側が 1mm 厚の鉛 15 層、外側が 2mm 厚の鉛 30 層で、全厚のタイプで、WLS ファイバーでの読み出しで通常の R329に比べて 1.8 倍の光電子変換効率が得られた[5]。
シンチレータの片面に機械加工で 10mm 間隔の溝を掘り、さが 14X 0 、長さが 5.5m である。両モジュールとも、積層溝の中にファイバーを置き、接着剤で固定した。溝加工で鉛とシンチは、最外層に置かれた背板に固定した。FB の背は、のこ歯を 10mm ピッチで多数並べて、一枚のシンチレ

板は 12mm 厚の鋼板を U 字形に曲げたもので、これに SUS

ータを一工程で加工して効率化を図った。接着剤は紫外線

薄板ベルト（ 100µm 厚）と積層を貫通するスタッド・ボル

硬化タイプで、30 分間の紫外線露光で硬化する。これは、トで積層を固定した。一方、MB の背板は 28.6mm 厚の SUS

ファイバー張りの能率を格段に向上させるもので、MB 用板で、積層を 52 本のスタッド・ボルト（ 5mmφ ）で固定

約 1,500 枚のシンチに約 4 万本のファイバーを張る作業をした。各ボルトには約 300kg の圧縮力がかかるように板バ

約 8 ヶ月で終了させるためには不可欠の方法であった。こネを使用し、モジュール前面には約 15 トンの圧縮力がかかの接着作業は 2003 年 2 月から 9 月までかかった（図 7）。

っている。この圧縮力で、モジュールがどの方位に置かれても所定の形状を保つようにしている。

5-2 シンチレータと波長変換ファイバー

5-3 積層モジュールの製作
FB と MB の積層構造は類似しているので、まず FB の積層作業で十分な経験を積んでから、約 4 倍の容積の MB を

長さ 5.5m、幅 30-40cm のシンチレータを大量に、かつ安

一週当たり 1 台のペースで作業を進めた。5.5ｍの長さのシ価に製作するため押し出し成型法を利用した。また、積層

ンチと約 1.4m の長さの 4 枚の鉛板を、光反射用白紙を挟みモジュールの機械的強度を上げるため、シンチレータ基材

ながら積層する作業には、約 10 名の作業員を必要とした。

として MS 樹脂を使用した。スチレン・ベースに比較してこれは、傾斜した積層台にシンチと鉛板をスタッド・ボル

発光量が 20% 減るが、強度が増し、機械加工が容易になる。

トで位置決めしつつ交互に重ねていく作業で、ファイバー

光の読み出しには、クラレの波長変換ファイバー（YS11、を張った後の 5mm 厚の長いシンチを運ぶには 4 名を必要と1mmφ ）を使用し、左右両端から PMT で読み出した。こした。鉛版を運ぶ作業には力持ちが必要であった。グルーの PMT は新しく開発した、波長領域 450–600nm に高感度

プのメンバーがシフトを組み、この作業を行った（図 8）。

を持ち（extended-green）、プリズム形状のフォトカソード

図 7：ファイバーの接着作業風景

図 8：Photon veto 検出器の積層風景

18
積層作業が終わると、最後に背板を置き、52 本のボルト

定力は、モジュールがいろいろな向きに置かれたとき、積を通し、プレスで積層を圧縮した。圧力は全体で 15 トンで層形状を長期間保持するには十分ではない。したがって、ある。最低 12 時間圧力をかけ、鉛板が平らになり収縮が止モジュール間に隙間が生じないよう、隣り合うモジュール

まり安定した状態で、板バネでボルトに各 300kg の圧力をを互いに接触させながら組み立てていく。全モジュールがかけ、プレスを開放した。1 台のモジュールの積層作業に、円筒状に組み上がった後に、少し幅狭につくられた背板を積層台からのモジュール取り外し、モジュール寸法の測定

相互にボルトで締め、外側からのフープ張力で円筒形状をも含めて 2 日を要した。

形成することになる。こうするとモジュール間の隙間なしに円筒の組み上げが可能になる。
一方、MB にはバネつき高張力鋼のボルト 52 本が挿入さ5-4 宇宙線によるモジュール・テスト

れ、メートル当たり約 3 トンの一定の圧縮力が加えられてモジュールの積層が終了すると、PMT 取り付けのためフいる。したがって、どんな向きに回転しても積層間の摩擦

ァイバーの端部を処理した。MB では内側 15 層と外側 30

力によりその形状は崩れない。ただし、積層の圧縮力が一層を分けて、それぞれ両端から読み出している。ファイバ定なので、モジュールの厚み寸法には±2mm 程度のばらつーの本数は内側 350 本、外側 700 本である。ファイバー束

きがでる。これは、主に鉛の厚さのばらつきに起因する。

をプラスチック・リングに通し、接着剤で固定した後、ダMB を円筒状に組み上げるには、 3 個の鋼製支持リングをイヤモンド・カッターでリングごと切断した。切断面は手用意し、各モジュールをリングに固定する方式をとった。

作業で丁寧に研磨した。PMT を取り付け、宇宙線を使ってこの方式は力学的計算ができる確実な方法であるが、モジモジュールの基本性能を測定した。図 9 に長手方向の光量

ュール間に 1mm 程度のクリアランス、すなわち隙間を設けの変化を示す。片方の PMT で読み出した場合、両端からる必要がある。

の光量の比は約 3 倍である。また、中央部を通る粒子に対して、片方の PMT で得られる光電子数は平均 12 個/MeVであった。また、両端からの読み出しによって得られる時間分解能は、宇宙線に対し 0.5－0.7ns であった。これらの基本性能は、veto 検出器として満足のできるものである。

の経験を積んだことになる。いずれの方式をとるかは、円筒形状の大きさ、重量などを勘案して決めることになる。
これらの経験は次の機会に生かすことができる。

6-2 上流部（FB, CC02）4000
出力電荷 [ADC Channel]

今回は、いずれの方法もうまくいったので、二つの方法

3500

上流部には円筒状 FB と CC02 を組み込む。図 10 に組立

3000

模式図を示す。

2500
2000

PMT1
PMT2
和

1500
1000
500
0
0

200
400
PMTからの距離 [cm]600

図 9：MB の出力の長手方向位置依存性

6.

検出器の真空容器への組み込み

6-1 円筒形状をつくる二つの設計概念
FB と MB では、実はどうやって円筒形状をつくるかの機械的設計概念が異なっている。FB では、鉛･シンチ積層
を背板に固定しているのが 5 枚の SUS ベルトと 6 本の M5ボルトで、全圧縮力が 1 トン程度である。この背板への固図 10：上流部フロント・バレルの組み立て要領

19
支持架台上で、16 個の FB 台形モジュールを下の方から組み込んでいった。その際、モジュールの内面が隣のモジ
ュールの内面と一致するように位置決めをした。各モジュールの重量は 850kg あるので、クレーンを用い、モジュールの角度を自由に変えられる回転吊り具を使用した。モジュールは外周にある U 型背板を相互にボルト締めすることにより接続された。下半分が接続された状態で CC02 を設置し、その後上半分を積み上げた。最後のモジュールには両側に 5mm 程度の間隙が生じた。その後、外周部背板を締め付けると、モジュール間および CC02 との隙間は埋まった。円筒としての剛性も保たれ、いわゆるローマン・アー
チ構造が完璧に実現された。上流部支持円筒（内径 1720mm、肉厚 20mm）の中に FB を滑り込ませるためには、下半分のモジュール背板に 19mm 肉厚の鋼板を溶接し、これを滑らせて引き入れた。円筒への組み上げに 1 週間、円筒引き込みに 2 日間を要した。図 11 はモジュール組み込みの様子を示す。
図 12：中央部メイン・バレル組み立て要領

図 11：上流部バレルの組みあげ風景
図 13：中央部にメイン・バレルを組み込む風景検出器の組み込みが終了した後、PMT の取り付けを行い、真空用カバーをして、宇宙線により真空中での検出器の動作テストを行った。

6-3 中央部（MB、バレル荷電粒子 veto、
真空分離膜）

モジュール一個の重量は 1.5 トンあるので、これを任意の円周位置に設置していくのは容易ではない。モジュール
を真空容器円筒内に設置された回転可能な支持フレームに滑り込ませ、円筒内でクレーンの助けを借りて図 12 のように回転させ、所定の位置に固定した。このモジュール挿入に準備も含めて約 1 ヶ月を要した。作業初期の段階で、モ

中央部の 32 個の MB モジュールは、真空容器内に設置さジュール回転時に、モジュールを両端で吊るための鋼ビーれた 3 個の支持リングに、M36 のボルトで固定した。図 12

ムが曲がってモジュールが急回転し、作業者が回転部に触に中央部のメイン・バレル組み立て要領を示す。

れて大腿に切り傷を負った。この事故では、関係部門の皆組み立て後の中央部重量は 75 トンを超え、天井クレーンで移動させることは出来ないので、K0 エリアのレール上で組み立てた。先ず支持リングを装着した真空容器をレール上に設置し、モジュール挿入装置を図 13 のように設置した。

様に大変なご迷惑とご心配をおかけした。原因は、回転に対する I ビームの剛性不足という初歩的な設計ミスであった。これを改善し、さらに回転時の安全性を確保するため
チェーンブロックで回転を制御するようにして、以後スムーズに積み上げることができた。最後のモジュールがうま20
く挿入できるか不安であったが、モジュールの寸法精度がよく、所定の位置に問題なく収めることができた。

MB 組み込み後、32 個のバレル荷電粒子 veto（BCV）を

7.

真空システム7-1 高真空・低真空分離シート

内側から設置し、読み出しファイバーに PMT を取り付けた。この作業は 2003 年暮れから正月返上で続けられた。

K L0 崩壊領域を 10−5 Pa 以下の高真空に保つと同時に、検出器前の物質量を可能な限り少なくするため、K L0 崩壊領域

6-4 三構造体の合体を囲むすべての検出器を真空中に置き、アウトガスの大きそれぞれの検出器を収納した上流部、中央部、下流部のい検出器領域と K L0 崩壊領域を薄い膜で分離して差動排気構造体をレール上で合体する作業を 1 月 19 日より行った。

を行った。空気の透過が少なく強靭な膜材を探した結果、各部はレール上でチルタンクにより Z 方向に移動できる。

飛行船やヘリウム・バッグのメーカーとして経験豊富なス

また、三つの真空フランジをぴたりと連結するには、各部

カイピア社の積層膜を選択した。これは、レトルト食品のの姿勢を制御する必要があり、そのため、水平、垂直の位

包装などに多量に使用されているクラレのアルミナイズド

置を調整する機構がついている。レールは精度よく水平にEVAL フィルム（ 15µm ）を使用し、強度をもたせるため置かれているので、合体させる両構造体の姿勢を正しくしにポリウレタン・フィルム（ 30µm ）を貼り付け、さらにておき、軽い方を Z 方向に移動して合体させた。

その両面にポリエチレン・フィルム（ 80µm ）層を積ねた

まず、中央部を最上流に移動・固定し、下流部を仮置き場所から天井クレーンでレール上に運び込み、姿勢を整えもので、全体の厚さは 205µm である。外側のポリエチレン
は熱着が可能なので加工性に優れている。
図 15 に、検出器が入る領域 1 と K L0 が崩壊する領域 2 をて滑り込ませた（図 14）。
中央部内径と下流部外径の設計クリアランスが 20mm で、分離する膜の設置作業の様子を示す。

しかも両面が柔らかいプラスチック・シンチレータである

領域 1 と 2 の容積はそれぞれ 100m 3 と 10m 3 である。またので、両者が接触しないよう常に CCD カメラで境界を監視

膜の表面積は 40m2 である。大気圧差があると膜には 400 ト

しながら挿入した。次に、結合した中央部・下流部をレーンの力がかかるが、領域 1 の圧力が 1Pa のときには、膜全ル上で最下流に移動し、上流部を天井クレーンでレール上体にかかる力は 4kg になる。したがって、膜を袋の形につに運び込み、同じように連結した。連結された測定器（総くり、円筒内側から薄いアルミパイプのリングで 4 ヶ所支

重量約 120 トン）を K0 エリア最上流の所定の位置に移動えることにより円筒形状を保持できる。ただし、真空度がし固定した。この合体には 4 日間を要した。

定常状態になるまでに領域 1 と領域 2 の圧力にアンバラン

図 14：中央部と下流部の合体風景

21
ロリメータが大量に設置されているので多量のアウトガスが予測される。ただし、要求される真空度は 1Pa 以下である。一方、領域 2 のアウトガスは、膜表面からのみである
が、10−5 Pa の真空度が要求される。したがって本システム
では、領域 1 を排気するのに 2 台のメカニカル・ブースターMB（各 100m 3 / h ）を用意し、領域 2 を排気するのに 4台のターボ分子ポンプ TMP（各 800 / s ）を用意した。TMPの背圧側および TMP のバイパスは、全長 9m のマニフォー
ルドを介して外側真空（領域 1）につながっている。

7-3 到達真空度
最初に、真空容器内の水分を減少させるため、 50°C に暖めた乾燥空気を毎分 150 の速度で 24 時間流した。その後、
図 15：真空分離膜の設置

ロータリーポンプで粗排気を始め、kPa に到達した時点でMB を作動させた。10Pa で TMP を作動させ、バイパスをスが生じると、過大な圧力が膜にかかり、膜を破損する危閉じた。立ち上げ初期には、新しく製作した配管のリーク、険がある。領域 1 に組み込んだ CCD カメラで膜の動きをモ

フィード・スルーのリーク、MB の故障などのトラブルにニターしながらゆっくりと真空引きを行った。

見舞われたが、丹念なリークチェックや補修の結果、安定

7-2 真空排気システム

領域 1： 0.1Pa 以下、領域 2： 1.2 × 10−5 Pa である。

状態を早期に実現できた。
5 月 7 日時点での到達真空度は、

図 16 に真空排気システムの構成を示す。

8.

測定器動作状況2 月 17 日に東カウンターホールへの遅い取り出しビームの供給が始まり、突き抜けミューオンによる測定器較正とトリガーの調整を行った。その後の通常の物理ランでは、ヒットした CsI クラスターの数 N が 2 以上の条件でトリガーしている。このトリガー条件で測定される K L0 → π 0π 0π 0
（ Br=0.21 ）をモニターとして用いている。図 17 は 6γ イベ
ントのオンライン・ディスプレイである。

6γ の invariant mass 分布は K L0 mass にピークを示し、その幅は 6MeV である。また、重心法によって K L0 崩壊点のXY 平面での分布、Z 軸での分布も求められるので、これらを使って、ビーム軸と CsI 検出器の軸が一致していること
を常時モニターしている。K L0 生成標的に入射する陽子の数が 2.3 × 1012 / spill のとき、オンライン・モニターで再構成
される K L0 → π 0π 0π 0 崩壊の数は約 35 個/spill である。
オフラインでの解析も進んでいる。K L0 → π 0π 0π 0 （分岐比 0.21）、 K L0 → π 0π 0 （分岐比 9 × 10-4 ）の preliminary な

invariant mass 分布を図 18 に示す。それぞれ左側の分布はGEANT で発生させたモンテカルロ・イベントを解析したものである。
図 16：真空排気システムの模式図

このペースでデータを取り続けると、6 月末までに目標の 3 × 10−10 近くの感度が得られる。久し振りの遅い取り出

到達真空度は、排気する真空領域のアウトガス量と排気しビームの実験ということで加速器やビームチャネルのト

ポンプの能力の比で決まる。領域 1 には鉛・シンチ積層カ

ラブルもあったが、おおむね順調なランを続けている。

22

図 17： 6γ オンライン・イベント・ディスプレイ

図 18：再構成されたイベント

上：イベント下左：Invariant mass

上： K L0 → π 0π 0π 0

下： K L0 → π 0π 0下右：崩壊点の分布

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おわりに
E391a 測定器は、2001 年 7 月の PS-PAC での承認後、約三年半という短期間で建設された。重量 100 トンを超え、光電子増倍管数 1,000 本のカロリメータを中心とする検出器を真空容器の中に収納し、一個の検出器の落ちこぼれもなく、すべてを安定に動作させる作業には多くの困難、試
行錯誤を伴った。実験グループのメンバーの努力と、KEK
内外の多くの方々の協力により、予定どおり完成させることができた。ここにあらためて深く感謝したい。

References
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4. Itaya, A., et al., NIM A522 (2004) pp. 477-486.