User's Guide

lproto ICEPP Version 1.1

Monte Carlo Simulation for Large Prototype of LXe Photon Detector

Last update: Aug. 21st, 2003

Contents


Introduction

The Monte Carlo simulation 'lproto' is written in FORTRAN with GEANT3 library. We have two version of the simulation codes for large prototype of LXe photon detector. The one branch, 'lproto' is supported and developed by MEG-Japan group. It is still in progress. If you find bugs or have some questions, contact us.

Installation

1. Download
here.
2. Extract the 'lproto' archive.
3. Change current directory as 'cd lproto-x.y'.
4. 'make'
5. Try various examples in 'examples' directory to have some fun!

CARD keys

Geometry
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
NPMT nx ny nz INTEGER 6 6 8 検出器の各軸に沿ったPMTの個数 XECGEO NXPMT
PMTINT distance REAL 6.2 隣のPMT(同一面上)との中心距離。単位はcm。 XECEGO PMTINT
LEVEL ratio REAL 1.02 Xe 液面の高さ比。 本来なら上面で丁度 1、下面で 0 となるが、 全て Xe で満たされている時は1.02 にすべし。 これは上面のαソースと Xe 液面の位置関係に因る。(To be fixed) なお、1 回目の産総研では 0.960080645 (そんな精度はないけど)であった。 XECGEO LEVEL
HCRLON iflag INTEGER 0 0 ではハニカムは密度の小さい SUS となる。 1では実際と同じように蜂の巣構造を持つ。 LPFLAG HCRLON
HCX length REAL 0.0 ハニカムの構造をx方向に HCX [cm]平行移動する。 (参照) XECGEO HCX
HCY length REAL 0.0 ハニカムの構造をx方向に HCY [cm]平行移動する。 (参照) XECGEO HCY
ZXEEXP length REAL 0.0 ハニカムと前面PMTホルダーの間隔を広げる。間にはキセノンが入る。 (参照) XECGEO ZXEEXP
GASXEON iflag INTEGER 0 1だと液体キセノンが気体のキセノンに置き換わる。0だと液体のまま。 LPFLAG GASXEON
GASTEMP temperature REAL -80.0 ガスキセノンの場合の温度。キセノンの密度に影響を与える。(摂氏) XECGEO GASTEMP
GASPRES pressure REAL 1.70 ガスキセノンの場合の圧力。キセノンの密度に影響を与える。(絶対圧 [atm]) XECGEO GASPRES
FILLON iflag INTEGER 0 前面の PMT のチップ管の周りに filler を入れるかどうか。 入れなければ (0) LXeがそこに入り込む。 入れれば (1) filler(今のところ G10?) で埋められる。 LPFLAG FILLON
Event kinematics
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
KINE ptype x1 x2 y1 y2 z1 z2 t1 t2 p1 p2 REAL Not specified ptype は粒子の種類。 基本的にその他は順に入射地点(X, Y, Z) の範囲、momentum の theta, phi 成分の範囲であるが、DSTSW の値によって意味が異なってくる。 対応する DSTSW が 2 の時はGaussian分布で値を振ることができ、 最初の項(例えばx1)がmeanで次の項(例えばx2)がsigmaとなる。 1の時は分布が与えられたhistogramに従うので無視される。 GCBANK IKINE,PKINE
MOMTM p1 p2 REAL Not specified 粒子のmomentumの範囲 LPFLAG MOMTM
DSTSW x y z t p m INTEGER 0 0 0 0 0 0 x,y,z,theta,phi,momentumに対する分布の型を定義する。 0は一様分布、2はGaussian、1はDSTHIDと{X,Y,Z,T,H,P}HNAMで与えられた hbook形式のhistogramの分布に従う。 2(Gaussian)の時はKINEで指定する最初の項(例えばx1)がmeanで次の項(例えばx2)がsigmaとなる。 1の時はKINEでの範囲指定は無効となる。 (本当は2でも範囲指定できれば何かと便利だが。) 第6項の m は特別で、3を指定するとTERAS beamをシミュレートできる。 その場合、AIST でprofileの変更が可能であり、MOMTMでの範囲指定は無視される。 LPFLAG DSTSW
DSTHID xhid yhid zhid thid phid mhid INTEGER 0 0 0 0 0 0 それぞれの分布の histogram の histogram ID を指定する。 DSTSW で 1 を指定したときそれに対応する項が有効となる。 LPFLAG DSTHID
XHNAM filename CHARACTERS NULL X 方向用の histogram の file name を指定する。 DSTSW で 1 が指定されると、ここで指定したファイル名のhistogramを読む。 なお、operandは文字列のためシングルクォート(')で囲まなければならない。 ファイル名を他の成分と重複して指定してしまうと、 それに対するエラー処理はしていないので何が起きるかわからない。 LPFLAG XHNAM
YHNAM filename CHARACTERS NULL Y 方向用の histogram の file name を指定する。 LPFLAG YHNAM
ZHNAM filename CHARACTERS NULL Z 方向用の histogram の file name を指定する。 LPFLAG ZHNAM
THNAM filename CHARACTERS NULL theta 方向用の histogram の file name を指定する。 LPFLAG THNAM
PHNAM filename CHARACTERS NULL phi 方向用の histogram の file name を指定する。 LPFLAG PHNAM
MHNAM filename CHARACTERS NULL momentum の histogram の file name を指定する。 LPFLAG MHNAM
AIST Ee dAe bs Ep L Rcol REAL*8 764D0 0.15D-3 2D-3 4.68D-6 11.4D0 1D-3 DSTSW の m で 3 を指定した場合に適用される TERAS とコリメータの profile。 electron beamの平均エネルギー(Ee[MeV]), angular divergence(dAe[rad]), bunch size(bs[m]), 実験室系での incident photon energy(Ep[MeV]), collision point と 2nd collimator との距離(L[m]), 2nd collimator の半径(Rcol[m]). AIST ELCE0, ELCAD, ELCD, PHTE1, COLD, COLR
RUNMODE iflag INTEGER 0 0:普通のイベントモード。 KINE や DSTSW などで指定してください。 1:cosmic-ray muon モード。 LP実験と同じトリガーカウンターでシミュレートする。 KINE と MOMTM は自動的に設定される。 2:α粒子モード。 LP実験と同じ位置に241Amが4つ配置され、 の順にα粒子が生成される。 ソース・カバーの厚みも考慮されているため、カバーに阻止されるイベントもあ るので注意せよ。 なお、KINE と MOMTM は自動的に設定される。 3:π0 decay モード。 NaI トリガーカウンターを置いて、 π0 decay からの γ 線によるイベントを simulate する。 まだ、改良の余地がある。 LPFLAG RUNMODE
Xe scintillation light tracking
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
CUTDES cutoff REAL 0.0 Xe scintillation photon の cut off energy[GeV] XECINT CUTDES
XESCTRACK iflag INTEGER 1 Xe scintillation photon の tracking を有効(1)にするか無効(0)か。 XECSCI ISCTRK
XESCENERGY Wph REAL 21.6 Xe 中で scintillation photon を 1 個生成するのに必要なエネルギー、 広義の W 値 (eV)。 LXe 中のα粒子なら 18.1 eV、 GXe 中のα粒子の場合は 49.6 eV が妥当。 今のところ、エネルギー依存性は考えていない。 XECSCI ESCINT
XESCPOISSON iflag INTEGER 1 scintillation photon 生成数の誤差を Poisson 分布に従わせたい場合は 1 にする。無効にするには 0 。 XECSCI IPOISN
XESCRFRIDX index REAL 1.62 Xe の屈折率。PMT quartz window で photon が反射する時に効いてくる。 XENDSTが有効(1)な時は波長に依るため無効となる。 XECSCI RFRIDX
XESCRAYL iflag INTEGER 3 1 だと等方的に散乱され少し計算量が減るが、 2 だとより現実的に 1+(cos(theta))^2 に従う。 3 だと更に 2 に加え波長の 4 乗に比例するようになる。 0 を指定すると Rayleigh 散乱しなくなる。 XECSCI IRAYL
XESCDRAYL length REAL 40.0 Rayleigh 散乱の散乱長。単位は cm。 XECSCI DRAYL
XESCABSO iflag INTEGER 0 Xe 中における scintillation photon の吸収を有効にする(1)かしない(0)か。 XECSCI IABSO
XESCDABSO length REAL 100.0 液体 Xe 中における scintillation photon の吸収長。 単位はcm。 XECSCI DABSO
XESCREFL iflag INTEGER 0 PMT holder(Al)上での反射を有効にする(1)かしない(0)か。 XECSCI IREFL
XESCDEREFL iflag INTEGER 0 PMT holder(Al)上での反射を鏡面にする(0)か拡散にする(1)か。 XECGEO IDEREFL
XESCEREFL eff REAL 0.6 PMT holder(Al)上で photon が反射する割合。その他は吸収される。 XECSCI EREFL
QREFON iflag INTEGER 0 PMT の Quartz 面での反射を有効にする(1)かしない(0)か。 XECGEO QREFON
QRFIDX index REAL 1.58 quartz の屈折率。 XECGEO QRFIDX
QABSON iflag INTEGER 1 quartz での吸収を有効にする(1)かしない(0)か。 XECGEO QABSON
XEWLDST iflag INTEGER 2 1 の時 (XEMEAN, XESIGM) に従う Gaussian で波長分布が与えられる。 2 の時は寺沢氏からもらったどこぞの分布に従う。 3 の時は Basov氏の手書き(?)の分布に従う予定。 0 の時には屈折率は XEMEAN で指定されたものとなる XECGEO XEWLDST
XEMEAN mean REAL 175.0 XEWLDST が 1 または 0 の時に Xe scintillation light の中心波長となる。 その他の場合は無効。 単位は nm. XECGEO XEMEAN
XESIGM sigma REAL 2.128 XEWLDST が 1 の時に Xe scintillation light の sigma となる。 その他の場合は無効。 1 の時 Xe の屈折率に波長依存性を与える。 Default value は FWHM で 5 nm という値を 2.35 で割ったものを使用。 単位は nm. XECGEO QABSON
XENDST iflag INTEGER 1 1 の時 Xe の屈折率に波長依存性を与える。 屈折率はMEG-TN20-fig6の関数(fitした近似関数)に従う。 0 の時には屈折率は XESCRFRIDX で指定されたものとなる XECGEO QABSON
PMTQEF qe REAL 0.0631/0.05 R6041Q の Q.E.。 2.5mm の quartz にシンチ光を正面から当てた場合には 79.2 % の photon が透過できる。 これをふまえると、QABSON=1 の場合は default の値は 0.0631 となる。 QABSON=0 の場合は default の値は自動的に 0.05 となる。 もちろんここで指定した値が優先される。 XECGEO PMTQEF
XESCRNDM s1 s2 INTEGER 0 0 Scintillation photon tracking routine では乱数生成 routine が別に用意されており、 どのような条件でも RNDM で決めた種さえ同じであれば photon tracking までの物理過程は全く同じものとなる。 ここではその種を決める。 XECGEO QABSON
Histogramming
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
HIST filename CHARACTERS NULL filename で指定した file に HBOOK 形式で出力される。 LPFLAG CHBNAM
NTUPLE iflag INTEGER 1 1 だと CWN で Ntuple を作る。0 だと何にも出力されない。 LPFLAG NTUPON
SUMOUT switch INTEGER 1 有効(1)にするとNtupleに総放出光量NTOTPE,総光電子数NSUM,各面での総光電子数NPEW(i) (ここで i は 1:right, 2:left, 3:bottom, 4:top, 5:front, 6:back)を加える。 不要であれば0にする。 LPFLAG SUMOUT
NPEOUT switch INTEGER 1 1にするとNtupleに各PMTの光量NPEを加える。 普通は無効(0)にはしない。 LPFLAG NPEOUT
EXPOUT switch INTEGER 0 Ntuple に LP実験の analyzer と同じ CADC や QSUM,Q_{FRONT,BACK,RIGHT,LEFT,TOP,BOTTOM}, SIGMA2, X_AVERAGE, Y_AVERAGE を追加するときはこれを有効(1)にする。 CADC は NPE の配列のindexをLP実験と同じにしたものであり、要素数も228である。 なお、NPMT が 6 6 8 でない時は自動的に無効になる。 LPFLAG EXPOUT
DEPOUT switch INTEGER 0 Ntuple に NDEPO,XDEPOS(0,3000)を追加する。 MXDEPOSは可変配列のため実際には3000個もないが、 有効(1)にすると file size が巨大化するので注意。 普通は無効(0)に。 LPFLAG DEPOUT
DPTMON switch INTEGER 0 Ntuple に XDEPTS を追加する。 これらには各エネルギー損失の時刻が入る。 LPFLAG DPTMON
TDC simulation
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
TDCOUT switch INTEGER 0 Ntuple に TDC を追加する(1)。 TDCPAR に応じて tdc を simulate する。 ノイズや帯域など細かいことはまだ考慮されていない。 LPFLAG TDCOUT
TDCPAR tr td gain Vth Tcut Tlc REAL 2.5e-9 1e-8 5e6 -10.0 3e-8 2.5e-11 TDC simulation に対するパラメータ。 single photoelectron に対する rise time (tr[sec]), decay time (td[sec]), PMT の gain, leading-edge discriminator の threshold(Vth[mV]), pulse が peak に達する時間の上限(Tcut[sec]), TDC の least count(Tlc[sec]). TDCPAR TDCPARS
π0 decay simulation
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
PI0OUT switch INTEGER 0 RUNMODE が 3 の時にこの値が 1 だと ntuple に π0 から生じたガンマ線 の位置情報を ntuple に加える。 NTUPLE PI0OUT
NAIOUT switch INTEGER 0 RUNMODE が 3 の時にこの値が 1 だと ntuple に π0 から生じたガンマ線 が NaI 上で落としたエネルギーを ntuple に加える事ができる。 NaI は 64 個用意されている。 NTUPLE PI0OUT
LNAI switch REAL -200.0 NaI トリガーカウンターの z 座標 (z=0 は参照)。 単位は cm. もちろん RUNMODE が 3 の時にのみ有効。 LPCGEO LNAI
KSR beam test
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
KSRETC switch INTEGER 0 KSR beam test で用いた electron trigger counter (BC404) を前面フランジの 15 cm 手前に置く。 カウンターの energy deposit や timing を見ることはできないし、 今のところそうする予定もない。 主に、electron がカウンターで enegry を落とす効果を見るときに用いる。 KAKEN KSRETC
Graphics
KEY Args Type Defaults Description COMMON Var
META filename CHARACTERS NULL 検出器内の粒子の飛跡を出力する場合の Postscript file 名。 LPFLAG CPSNAM
PLOT evt1 evt2 INTEGER Not specified 指定された範囲のイベントについて Postscript に出力する。 GCLIST LPLOT
CUTXYZ cut REAL 0.0 指定した momentum 未満の粒子の飛跡は Postscript として出力しない。 生成される scintillation photon の総数は変わらないことに注意。 単位は MeV/c。 LPFLAG CUTXYZ

Geometry

Honeycomb


NaI


Position


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K.Ozone, Aug. 21st, 2003