Development of a prototype GEM TPC with a gating grid for an H-dibaryon search experiment at J-PARC

J-PARCにおけるHダイバリオン探索のためのGEMとゲーティンググリッドを用いたTPC試験器の開発

佐甲 博之; 杉村 仁志; Ahn, J. K.*; Han, Y.*; 長谷川 勝一; Hwang, S. H.*; 市川 裕大; 今井 憲一; 木内 隆太*; 小沢 恭一郎; 佐藤 進; 白鳥 昂太郎*

Sako, Hiroyuki; Sugimura, Hitoshi; Ahn, J. K.*; Han, Y.*; Hasegawa, Shoichi; Hwang, S. H.*; Ichikawa, Yudai; Imai, Kenichi; Kiuchi, Ryuta*; Ozawa, Kyoichiro; Sato, Susumu; Shirotori, Kotaro*

J-PARCのHダイバリオン探索実験のためGEMとゲーティンググリッドを使用したTPC試験器を開発した。性能評価のため、実験室試験とビーム試験を、Ar-CHとAr-CFにて行った。検出効率は510 cps/cmまでのビームレートにおいて98%、310 cps/cmのレートにおいて90%であった。ドリフト長5-20cmにおける水平位置分解能測定値0.19-0.49mmに基づき、本実験の磁場1Tにおける位置分解能は0.3mm以下と見積った。ゲインが1.610の時、イオンバックフローの割合は5%と測定され、さらにGEMの電圧調整により3%まで抑えられた。ビームレート510cps/cmにおいてゲート使用時のバックフロー2.710scmによる位置歪みは0.2mm以下になった。一方、ゲート開の場合のバックフロー1.310scmに対応する位置歪みは2mmであった。本実験における位置歪みは要求値の1mmよりも小さい0.30.2mmと評価された。本実験における荷電粒子のエネルギーロスより平均30倍高い環境下で本実験と同程度の期間、GEMを連続動作させることができた。

We developed a prototype TPC for an H-dibaryon search experiment at J-PARC. To investigate its performance, we conducted tests with Ar-CH (90:10) and Ar-CF (95:5), where the former is mainly used. The detection efficiency was measured to be 98% at the beam rate up to cps/cm, and 90% at the rate of cps/cm. Based on the measured horizontal resolution of 0.19-0.46 mm at the drift length of 5-20 cm, the position resolution of better than 0.3 mm is estimated in 1 T magnetic field. The ion backflow fraction was measured to be 5% and reduced up to 3% at the gain of . The horizontal position distortion due to ion backflow in the gate operation was suppressed within mm at the beam rates up to cps/cm. On the other hand, the distortion with the gate open was measured to be mm. The distortion in the final experiment is estimated to be mm.