First development of liquid xenon time projection chamber using scintillating fibers and proportional scintillation

Abstract

In order to acquire a better position resolution of the liquid Xe Time Projection Chamber (TPC) in the physical experiments other than the observation of cosmic gamma-rays, a new detection mechanism has been studied. Uses of scintillating fibers and liquid Xe proportional scintillation have been investigated in the new type TPC. The scintillating fibers were used to detect liquid Xe scintillation light. The structure of the electrode assembly consisting of four electrodes of a cathode, potential wires, anode wires, and a shielding plate was illustrated. The core material of scintillating fibers was made of polystyrene, and two wavelength shifters were added in order to convert a scintillating light from polystyrene to visible light. The detection mechanism of the position information of the drifting particle direction was interpreted. A simple test of one dimensional position detection has been performed. The collected charges on the anode wires Q/Q(sub 0) and the mean number of photoelectrons of the proportional scintillation were illustrated. The photon yield in the proportional scintillation per drift electron has been calculated. It was found from the results that the one dimensional position resolution could be expected to be around 500 micrometer.

宇宙ガンマ線観測以外の物理実験において、液体Xeタイムプロジェクション・チェンバ(TPC)の位置分解能を向上させるため新規検出法を研究した。新型TPCでは、シンチレーションファイバと比例シンチレーションの利用を検討した。シンチレーションファイバは液体Xeシンチレーション光の検出に用いた。陰極、ポテンシャルワイヤ、陽極ワイヤ、および遮蔽板で構成される電極装置の構造を解説した。シンチレーションファイバの芯材はポリスチレン製で、ポリスチレンからのシンチレーション光を可視光に変換するため2波長シフタを加えた。粒子のドリフト方向における位置情報の検出機構を解説した。1次元位置検出の単純試験を行った。陽極ワイヤ上の収集電荷率Q/Q(sub 0)および比例シンチレーションの平均光電子数を図に示した。ドリフト電子当たりの比例シンチレーション中のフォトン収率を計算した。結果から、1次元位置分解能は500μm以下であると予測可能であることが分かった。