A Beam position fiber counter with scintillation fibers and multi-pixel photon counter for high intensity beam operation

シンチレーションファイバを用いた多ピクセル光検出器による大強度ビーム用位置検出器の運用

本田 良太郎*; 三輪 浩司*; 松本 祐樹*; 千賀 信幸*; 長谷川 勝一   ; 今井 憲一

Honda, Ryotaro*; Miwa, Koji*; Matsumoto, Yuki*; Chiga, Nobuyuki*; Hasegawa, Shoichi; Imai, Kenichi

J-PARCハドロン実験施設におけるシンチレーションファイバーと多ピクセル光検出器を用いたビーム一検出器を開発した。この検出器はJ-PARC K1.8ビームラインにおいてビーム運動量の測定に使用されている。またE40実験における10MHzの粒子測定に使用できるようにも設計されている。ビーム運動量の測定におけるバックグランドを抑制するために、0.8nsの時間分解能と200mの位置分解能が同時に要求される。この二つを満たすために直径1mmのシンチレーションファイバーを320本用いた構成を採用し、各ファイバーをMPPCで一本ずつ読み出す構成にした。本装置用に、フランスOmega社によって開発されたMPPC用ASIC、EASIROCを採用し、FPGA(SPARTAN6)を用いた制御、読出装置を開発しコントロールされている。実際のビームを用いた結果、1.68nsの時間分解能と190mの位置分解能を得た。

A beam position fiber counter consisting of the scintillation fiber and a multi-pixel photon counter was developed in order to handle a 10 MHz secondary pion beam in the J-PARC E40 experiment. This counter was installed at the entrance of the beam line spectrometer at the K1.8 experimental area in J-PARC and used for the momentum reconstruction. In order to suppress the accidental background and reconstruct the beam momentum, a good timing resolution better than 0.8 ns and a good position resolution better than 200 m were simultaneously required for the counter. These requirements were well achieved by reading the 320 fibers with a diameter of 1 mm, which were arranged in a staggered position, with MPPC fiber by fiber. The signal induced from each MPPC was handled with an Extended Analogue SiPM Integrated ReadOut Chip (EASIROC) developed by Omega/IN2P3 in France. In addition, the timing of the discriminated signals from EASIROC was measured by a FPGA-based multi-hit TDC implemented into Spartan-6. Finally, we obtained the timing resolution of 0.68 ns and the position resolution of 190 m under the 9 MHz beam condition using a pion beam.