cta 報告80: cta大口径望遠鏡pmtキャリブレーション · sep 16, 2014 cta 報告80:...

Sep 16 2014

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 194797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-InstfuerPhys J

Sep 16 2014

PMT キャリブレーション

目的

LST初号機用のPMT約2000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のカメラ内での配置を決定するためのデータを集める

測定項目

Gain vs HV カーブ

F-factor

Pulse幅

Dynamic range

After pulse rate

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

hQEEntries 111Mean 4091RMS 1383

QE (peak) []30 32 34 36 38 40 42 440

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22 hQEEntries 111Mean 4091RMS 1383

QEhtemp

Entries 111Mean 282RMS 01114

FWHM [ns]25 26 27 28 29 3 31 32 330

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22htemp


Pulse width

Some characteristics

QEFWHM pulse width

After pulse (gt4 pe)rate

（永吉日本天文学会2014年秋）

Sep 16 2014

カメラ内の配置決定

中心部分(トリガー領域)に配置するPMT

高いQE(量子効率)

bull 検出効率の向上

短いPulse幅

bull エネルギー閾値の最適化FWHM time

25 26 27 28 29 3 31 32 33

QE

(w

eght

ed b

y C

here

nkov

spe

ctru

m)

27

28

29

30

31

32

33

カメラ中央

カメラ端

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

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

PMT キャリブレーション gt キャリブレーションシステム

Sep 16 2014

ハードウェア

夜光フェイクHVコントロール光量コント

ロール

４本同時測定

ノイズ低減のためケーブルではなく光ファイバー

高速パルスと大光量を出す２つのパルサーを使い分け

波長405nm

（永吉日本天文学会2014年秋　改）

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

Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

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

測定

PMT キャリブレーション gt キャリブレーションシステム gt 測定

測定中の画面

828 測定スタート

現在約100本終了

Sep 16 2014

Gain

PMT キャリブレーション＞ Gain

Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510

Gain_measured_with_multi_phe_of_ZQ6692

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4

FWHM_time_measured_with_multi_pheZQ6692

Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関

要求 Gain=40000アンプのダイナミックレンジに影響

要求 FWHM lt 3 nsエネルギー閾値の最適化

両立可能な

Gain vs HVカーブか

PMT キャリブレーション gt Gain gt Gain vs HV

カメラ内の配置に影響

Sep 16 2014

hLit_alignedEntries 52000Mean 217RMS 4233

Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310


hDark_alignedEntries 42000Mean -00617RMS 3169


Output charge of lighted ZQ6692 1500V

Single pe 測定

平均pe数 ltlt 1の光量で測定

1 pe のイベントのみと考える

Gain=平均電荷素量

HVはノイズの影響を抑えるため1500V

ほとんどを占める pedestalのイベン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

1 pe のピーク

PMT キャリブレーション gt Gain gt Single pe 測定

Sep 16 2014

新しい解析手順

hRemnEntries 40378Mean 7986RMS 4401

Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210


Charge of ZQ6692 1500V (Dark subtracted)

Double one photoelectron fitting

[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210

hOnePheEntries 40598Mean 6787RMS 3082

Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210


hTwoPheEntries 40598Mean 1439RMS 4833


2 pe のピークが見えている

ポアソン分布を仮定し1 pe のfitting を元に 2 pe の分布を推定

2 pe のイベントを分離した上で

1 pe 電荷量の平均から Gain を計算

PMT キャリブレーション gt Gain gt Single pe 測定 gt Double one phe fitting

Sep 16 2014

hDoubleOnePheFitEntries 37Mean 4465e+05RMS 1884e+04

Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5

6 hDoubleOnePheFitEntries 37Mean 4465e+05RMS 1884e+04

Gain of ZQ3197 at 1500V

Reference PMT 測定結果Gain at 1500V

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

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plusmn45程度のばらつき

外れた値もある

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 pe レベル以下の光を用いて測定

2 pe 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


ミニカメラキャリブレーション

カメラ全体テスト

望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後





Gain 測定結果のばらつきについて精査する

Sep 16 2014


目的

LST初号機用のPMT約2000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のカメラ内での配置を決定するためのデータを集める

測定項目

Gain vs HV カーブ

F-factor

Pulse幅

Dynamic range

After pulse rate

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


QE (peak) []30 32 34 36 38 40 42 440

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20


QEhtemp


FWHM [ns]25 26 27 28 29 3 31 32 330

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22htemp


Pulse width


QEFWHM pulse width



Sep 16 2014





短いPulse幅


25 26 27 28 29 3 31 32 33

QE

(w

eght

ed b

y C

here

nkov

spe

ctru

m)

27

28

29

30

31

32

33

カメラ中央

カメラ端

Sep 16 2014

作業風景


Sep 16 2014


自動化



DAQ

解析



Sep 16 2014

ハードウェア


ロール

４本同時測定



波長405nm



Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014


QE (peak) []30 32 34 36 38 40 42 440

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20


QEhtemp


FWHM [ns]25 26 27 28 29 3 31 32 330

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22htemp


Pulse width


QEFWHM pulse width



Sep 16 2014





短いPulse幅


25 26 27 28 29 3 31 32 33

QE

(w

eght

ed b

y C

here

nkov

spe

ctru

m)

27

28

29

30

31

32

33

カメラ中央

カメラ端

Sep 16 2014

作業風景


Sep 16 2014


自動化



DAQ

解析



Sep 16 2014

ハードウェア


ロール

４本同時測定



波長405nm



Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014





短いPulse幅


25 26 27 28 29 3 31 32 33

QE

(w

eght

ed b

y C

here

nkov

spe

ctru

m)

27

28

29

30

31

32

33

カメラ中央

カメラ端

Sep 16 2014

作業風景


Sep 16 2014


自動化



DAQ

解析



Sep 16 2014

ハードウェア


ロール

４本同時測定



波長405nm



Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

作業風景


Sep 16 2014


自動化



DAQ

解析



Sep 16 2014

ハードウェア


ロール

４本同時測定



波長405nm



Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014


自動化



DAQ

解析



Sep 16 2014

ハードウェア


ロール

４本同時測定



波長405nm



Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

ハードウェア


ロール

４本同時測定



波長405nm



Pulser 2Pulser 1

Delay module

Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

ハードウェア

PMT架台



Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


Sep 16 2014

Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

n

410

510


800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




Sep 16 2014


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210

310





Single pe 測定






1 pe のピーク


Sep 16 2014



Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210




[bins]0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

[events]

1

10

210


Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

nts]

1

10

210









Sep 16 2014


Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

310times

Gai

n

0

1

2

3

4

5








Sep 16 2014

まとめと今後






Sep 16 2014

まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

2016

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まとめと今後






Sep 16 2014

測定


測定中の画面



Sep 16 2014

Gain


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Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

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800 900 1000 1100 1200 1300 1400 150015

2

25

3

35

4


Gain vs HV

Gain HV

Pulse幅

正の相関

負の相関



両立可能な




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Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

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1

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Single pe 測定






1 pe のピーク


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Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

[eve

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1

10

210




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1

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Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

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まとめと今後






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まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

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まとめと今後






Sep 16 2014

Gain


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Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

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Gain vs HV

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Single pe 測定






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まとめと今後






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まとめと今後




望遠鏡に装着

2015

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まとめと今後






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Supply voltage [V]800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

Gai

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Gain vs HV

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まとめと今後






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まとめと今後




望遠鏡に装着

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まとめと今後






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Single pe 測定






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Gain360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

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まとめと今後






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まとめと今後




望遠鏡に装着

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まとめと今後






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Charge [mV ns]0 50 100 150 200 250 300 350

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まとめと今後






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望遠鏡に装着

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まとめと今後






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まとめと今後






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望遠鏡に装着

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まとめと今後






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まとめと今後






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まとめと今後




望遠鏡に装着

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まとめと今後






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まとめと今後




望遠鏡に装着

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まとめと今後






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まとめと今後






cta 報告80: cta大口径望遠鏡pmtキャリブレーション · sep 16, 2014 cta 報告80:...

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