Development of low background PMT R13111
2019/09/10 K. Abe
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Development of low background PMT R13111 2019/09/10 K. Abe Contents Introduction Development of R13111 based on R10789 RI reduction Ge detectors for screening RI for R113111 Assembled R13111 Comparison to other PMTs.
2019/09/10 K. Abe
4
R10789 R13111
226Ra
from
and stem
property to connect to quartz window, but it includes cobalt.
source.
concentrate effort to these parts.
cleaner ones.
dynodes electrodes Body, Hex Body, Cylinder Stem Glass beads Lead line Quartz Al sealing Getter dynodes electrodes Body, Hex Body, Cylinder Stem Glass beads Lead line Quartz Al sealing
40K
60Co
dynodes electrodes Body, Hex Body, Cylinder Stem Glass beads Lead line Quartz Al sealing Getter dynodes electrodes Body, Hex Body, Cylinder Stem Glass beads Lead line Quartz Al sealing Getter
238U
measurement.
large amount, such as assembled PMT.
measurement, achieved high sensitivity.
2016 version uses same parts.
different lot in this error level.
[mBq/PMT] 226Ra 238U 228Ra 40K 60Co R13111(2015)
0.38±0.07 <1.6 0.29±0.06 <1.4 0.22±0.05
R13111(2016)
0.44±0.06 <1.4 0.2±0.06 2.0±0.5 0.13±0.04 226Ra 238U 228Ra 40K 60Co mBq/PMT 0.5 1.0 2.5 R13111 2015
R13111 2016
1.5 2.0 3.0
R10789
~1/5
is not considered.
[mBq/PMT] 226Ra 238U 228Ra 40K 60Co R13111(2015)
0.38±0.07 <1.6 0.29±0.06 <1.4 0.22±0.05
R13111(2016)
0.44±0.06 <1.4 0.2±0.06 2.0±0.5 0.13±0.04
R10798
1.2±0.3 1.9 (Parts sum) <0.78 9.1±2.2 2.8±0.2
R11410-21 (XENON1T)
0.52±1.0 <13 0.39±0.1 12±0.2 0.74±0 .1
R13111 2015 R13111 2016 R10789 R11410
226Ra 238U 228Ra 40K 60Co mBq/PMT 5 10 15Comparison to Other PMTs
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20
石英ブロック 石英基板 スペーサーA,B ビス、ナット、ワッシャー KOVリング ハーメチック Milled HP Glass Getter ナンバー、スプリング Al-5N Dynode 2-11段目 ディスク止め Dy1-mesh アノードメッシュ カ… ステムピン ディスク シールド Dynode 1段目 蒸着用Al-5N Dy、PC用Sb リード線、リボン、ゲッター止め ステム チップ管 ステム 42Alloy側管 DY12段目
RI[mBq/PMT]
226Ra
components of the PMT.
for component whose amount used for one PMT is small. We can measure large amount at
beads reduced largely.
have large contributions,
significant, it has large error.
quartz support board spacer bis, nut, washer Kovar ring Hermetic glass beads Getter number, spring Al sealing Dynode2-11 Disk stopper Dy1 mesh, anode mesh stem pin Disc Shield Dy1 Al for evaporation Sb Lead line, ribbon Copper pipe Stem Body Dy12
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00
石英ブロック 石英基板 スペーサーA,B ビス、ナット、ワッシャー KOVリング ハーメチック Milled HP Glass Getter ナンバー、スプリング Al-5N Dynode 2-11段目 ディスク止め Dy1-mesh アノードメッ… ステムピン ディスク シールド Dynode 1段目 蒸着用Al-5N Dy、PC用Sb リード線、リボン、ゲッ… ステム チップ管 ステム 42Alloy側管 DY12段目
RI[mBq/PMT]
238U
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
石英ブロック 石英基板 スペーサーA,B ビス、ナット、ワッシャー KOVリング ハーメチック Milled HP Glass Getter ナンバー、スプリング Al-5N Dynode 2-11段目 ディスク止め Dy1-mesh アノードメッ… ステムピン ディスク シールド Dynode 1段目 蒸着用Al-5N Dy、PC用Sb リード線、リボン、ゲッ… ステム チップ管 ステム 42Alloy側管 DY12段目
RI[mBq/PMT]
228Ra
quartz support board spacer bis, nut, washer Kovar ring Hermetic glass beads Getter number, spring Al sealing Dynode2-11 Disk stopper Dy1 mesh, anode mesh stem pin Disc Shield Dy1 Al for evaporation Sb Lead line, ribbon Copper pipe Stem Body Dy12
quartz support board spacer bis, nut, washer Kovar ring Hermetic glass beads Getter number, spring Al sealing Dynode2-11 Disk stopper Dy1 mesh, anode mesh stem pin Disc Shield Dy1 Al for evaporation Sb Lead line, ribbon Copper pipe Stem Body Dy12
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
石英ブロック 石英基板 スペーサーA,B ビス、ナット、ワッシャー KOVリング ハーメチック Milled HP Glass Getter ナンバー、スプリング Al-5N Dynode 2-11段目 ディスク止め Dy1-mesh アノードメッ… ステムピン ディスク シールド Dynode 1段目 蒸着用Al-5N Dy、PC用Sb リード線、リボン、ゲッ… ステム チップ管 ステム 42Alloy側管 DY12段目
RI[mBq/PMT]
60Co
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
石英ブロック 石英基板 スペーサーA,B ビス、ナット、ワッシャー KOVリング ハーメチック Milled HP Glass Getter ナンバー、スプリング Al-5N Dynode 2-11段目 ディスク止め Dy1-mesh アノードメッ… ステムピン ディスク シールド Dynode 1段目 蒸着用Al-5N Dy、PC用Sb リード線、リボン、ゲッ… ステム チップ管 ステム 42Alloy側管 DY12段目
RI[mBq/PMT]
40K
quartz support board spacer bis, nut, washer Kovar ring Hermetic glass beads Getter number, spring Al sealing Dynode2-11 Disk stopper Dy1 mesh, anode mesh stem pin Disc Shield Dy1 Al for evaporation Sb Lead line, ribbon Copper pipe Stem Body Dy12 quartz support board spacer bis, nut, washer Kovar ring Hermetic glass beads Getter number, spring Al sealing Dynode2-11 Disk stopper Dy1 mesh, anode mesh stem pin Disc Shield Dy1 Al for evaporation Sb Lead line, ribbon Copper pipe Stem Body Dy12
glass beads stem pin
[mBq/PMT] 226Ra 238U 228Ra 40K 60Co R13111(2015)
0.38±0.07 <1.6 0.29±0.06 <1.4 0.22±0.05
R13111(2016)
0.44±0.06 <1.4 0.2±0.06 2.0±0.5 0.13±0.04
R10798
1.2±0.3 1.9 (Parts sum) <0.78 9.1±2.2 2.8±0.2
R11410-21 (XENON1T)
0.52±1.0 <13 0.39±0.1 12±0.2 0.74±0 .1
R13111 2015 R13111 2016 R10789 R11410
226Ra 238U 228Ra 40K 60Co mBq/PMT 5 10 15RI reduction
cfJINST 12 P01024 (2017) XENON1T PMT paper
the test inside liquid Xe.
R13111 PMTs inside Xe.
for R13111 in cooling test inside Xe.
during cycles.
every cooling cycle.
were not increased.
Xe++ Xe+ Ar CH4 He H afterpulse rate
time delay(nsec) pulse charge(pe)
deg room temp room temp
deg
deg room temp
Xe leaked PMT
the problem is ongoing.
common structure as low BG Hamamatsu PMT.
same for both PMTs.
in XMASS-I.
preparing paper which includes RI reduction.
afterpulse rate
deg room temp room temp
deg
deg room temp
Xe leaked PMT PMT without leak
PMT 3 LEDs ch8 ch9 ch10 ch11 ch12 ch13 ch14 ch4 ch3 ch2 ch1 ch6 ch5 ch7 LED PTFE wall thermometer top thermometer bottom
essions/310927/attachments/1847769 /3032268/ScovellLRT_GeReview.pdf
better (contiuous component) than
facilities.
Integral Integral
background are
reconstructed as fiducial volume.
performance.
XMASS-I, estimated background events inside fiducial volume after all selection. PMT PMT Surface BG budget in XMASS-I
time from first pulse pe KA0057 H CH4 He Ar Kobayashi-san calculated