Particle ID by range-scattering method T. Toshito(Nagoya univ.) Inspired by Takahashi’s yesterday presentation of fragments

Particle ID by range-scattering method Scattering: Range: Range as number of 1mm iron plates Numerical calculation proton α scattering by a 1mm iron plate 55MeV 220MeV

High precision data of nuclear fragmentation is required to improve heavy ion therapy. Data base construction Geant4 tuning target (for example H 2 O) beam Projectile fragments almost same velocity as beam R&D of emulsion technology NIRS HIMAC P152 to study fragmentation by emulsion Multi particle detection

400MeV/u 12 C lucite (1mm) H 2 O(2mm) OPERA-film×4+lucite(1mm) Lead ECC OPERA-film(29)+Pb(1mm) +OPERA-film(28)+Pb(1mm)+ … +Pb(1mm)+OPERA-film(1) 29cm 4.4cm Multi(65) layer water target chamber Dec.2004 Vertex detector Analyzer

400MeV/u 12 C lucite (1mm) H 2 O(2mm) OPERA-film×4+lucite(1mm) Lead ECC OPERA-film(29)+Pb(1mm) +OPERA-film(28)+Pb(1mm)+ … +Pb(1mm)+OPERA-film(1) 29cm 4.4cm Multi layer water target chamber Vertex detector Analyzer

400MeV/u 12 C lucite (1mm) H 2 O(2mm) OPERA-film×4+lucite(1mm) Lead ECC OPERA-film(29)+Pb(1mm) +OPERA-film(28)+Pb(1mm)+ … +Pb(1mm)+OPERA-film(1) 29cm 4.4cm Multi layer water target chamber Vertex detector Analyzer

430MeV/u 12 C ~4000events ~12000tracks 2cm 22cm E kine =430 ～ 200MeV/u

400MeV/u 12 C lucite (1mm) H 2 O(2mm) OPERA-film×4+lucite(1mm) Lead ECC OPERA-film(29)+Pb(1mm) +OPERA-film(28)+Pb(1mm)+ … +Pb(1mm)+OPERA-film(1) 29cm 4.4cm Multi layer water target chamber Vertex detector Analyzer

400MeV/u 12 C lucite (1mm) H 2 O(2mm) OPERA-film×4+lucite(1mm) Lead ECC OPERA-film(29)+Pb(1mm) +OPERA-film(28)+Pb(1mm)+ … +Pb(1mm)+OPERA-film(1) 29cm 4.4cm Multi(65) layer water target chamber Vertex detector Analyzer

Analyzer (Lead ECC) All fragments with Z ≧ 4 such as 10 B, 9 Be are stopped. Low energy fragments with Z ≦ 3 such as 7 Li, 6 Li,α,p,d,t are stopped. (majority of Z ≦ 3 fragments pass through) Precise measurement of scattering is possible.

Analyzer Test data taking by UTS will be done soon. Considered as appropriate bench to study particle ID for nuclei of Z ≦ 6 using range-scattering method. Applicable to DONUT analysis

水槽 エマルションフィルム 12.5cm 10cm OPERA 実験用に大量生産中 87 層 40cm21cm 厚さ 293μm

炭素 - 水反応収集用 水ターゲットチェ ンバー 人体の主要構成物質 2004 年 1 月マシンタイム 430MeV/u β= C ビーム 本 / 2cm×2cm 87 層 水 遮光防水フィルム 厚さ ~128μm 3mm 30cm エマルションフィルム 44μm 両面塗り 205μmTAC ベース 87 層 水中飛程 ~30cm ビームが静止するまでの エネルギー領域をカバー

Energy Scaling 始点：加速器によるビームエネルギー (430MeV/u) 終点：反応を起こさないビームが到達する深さを 3mm 間隔のサンプリングで測定 途中： GEANT4 によるモンテカルロ計算で内挿 反応点の深さ⇔炭素ビームのエネルギー エネルギー絶対値の誤差＜ 2% 深さ 12 C ビーム 430MeV/u 終点：測定点 物質量の補正 エネルギー

パルスハイトによる電荷の分離 ・・・・・・ Z=1Z=2 Z=6 2 次粒子 入射粒子 16 層 ピクセル 0.3μm× 0.3μm E kine =430~100MeV/u 44μm 検出された飛跡 パルスハイト パルスハイト：フィルム 1 枚あたりの平均ピクセル数 Z=1 の粒子に対しては∝ dE/dx(β) Z≧3Z≧3

2004 年 12 月 1 日マシンタイム 水 (H 2 O) とアクリル (C 5 H 8 O 2 ) の複合ターゲット 低感度エマルションの導入 ( リフレッシュ ) ⇒電荷の区別可能 検出器のアップグレード Normal エマルション 低感度 :~1/5 38 ℃リフレッシュ 水 水 水 2mm 低感度 :~1/7 40 ℃リフレッシュ アクリル ( 厚さ 1mm) 400MeV/u 12 C 65 層

1 層目 24 層目 多重度 2 以上の反応の 2 次粒子 40 ℃リフレッシュ 38 ℃リフレッシュ B C Be Li He 10.7cm パルスハイト Z=6 まで電荷を識別 65 層のうち上流側 24 層分