12 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPC 1 ILC-TPC Grand Prototype et R&D bulk résistif P. Colas.

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1 12 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPC 1 ILC-TPC Grand Prototype et R&D bulk résistif P. Colas

2 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC2 Tests en faisceau au Japon (suite et fin) Tests en faisceau au Japon (suite et fin) Test anode resistive à DESY à B=5T Test anode resistive à DESY à B=5T Nouvelles de LC-TPC Nouvelles de LC-TPC Grand prototype Grand prototype Projet (ANR?) RESIST Projet (ANR?) RESIST Vieillissement Vieillissement DHCAL DHCAL CSTS SPP 29 juin CSTS SPP 29 juin EUDET TimePix, Ingrid, etc… (David) EUDET TimePix, Ingrid, etc… (David)

3 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC3 France-Japon FRANCE FRANCE CEA/Dapnia Saclay CEA/Dapnia Saclay (D. Burke) (D. Burke) M. Chefdeville M. Chefdeville P. Colas P. Colas A. Giganon A. Giganon I. Giomataris I. Giomataris M. Riallot M. Riallot F. Sénée F. Sénée S. Turnbull S. Turnbull CNRS/IN2P3 Orsay CNRS/IN2P3 Orsay V. Lepeltier (LAL) V. Lepeltier (LAL) Ph. Rosier (IPN) Ph. Rosier (IPN) T. Zerguerras (IPN) T. Zerguerras (IPN) JAPON JAPON KEK/IPNS KEK/IPNS K. Fujii K. Fujii M. Kobayashi M. Kobayashi H. Kuroiwa H. Kuroiwa T. Matsuda T. Matsuda R. Yonamine R. Yonamine Saga Saga A. Aoza A. Aoza (H. Fujishima) (H. Fujishima) T. Higashi T. Higashi A. Ishikawa A. Ishikawa A. Sugiyama A. Sugiyama H. Tsuji H. Tsuji Kinki U. Kinki U. Y. Kato Y. Kato T. Yazu T. Yazu K. Hiramatsu K. Hiramatsu Hiroshima U. Hiroshima U. T. Takahashi T. Takahashi Tokyo TUAT Tokyo TUAT M. Bitou M. Bitou (M. Habu) (M. Habu) (K. Nakamura) (K. Nakamura) O. Nitoh O. Nitoh H. Ohta H. Ohta K. Sakai K. Sakai Kogakuin Kogakuin T. Watanabe T. Watanabe Laboratoire dActions Intégrées FJPPL

4 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC4 Tests en faisceaux en juin et octobre 2005, tests cosmiques en 2006, participation au MPGD workshop à Saga et au FJPPL en 2007 Réunion endplate large prototype Paris septembre2006

5 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC5 Analyse du test en faisceau de juin2005 Avril-mai 2006 : 2 méthodes / programmes indépendants

6 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC6 Mesure de résolution à B=0.5 et 1T

7 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC7

8 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC8 Taking the finite pad width into account, K. Fujii derived a fully analytic formula for the resolution

9 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC9 Scaling (use dimensionless quantities scaled by the pad width w) The resolution dependence on z has two regimes: At large z the asymptotic behaviour follows the diffusion limit At low z the effect of finite pad size dominates. For typical values of N eff, the optimal resolution is about 10% of the pad size. 1/12 1/(12.N eff )

10 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC10 Achievements With charge spreading, the resolution was measured to be 50 microns at low z (and at all z for large enough B field) KEK test beam Micromegas with resistive foil

11 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC11 Extrapolation à la TPC de lILC Conclusion: même avec un pas de 1mm, Micromegas avec des pads standard would ne permettrait pas datteindre le but de 130 m de résolution. Cependant avec une feuille résisitive et des pads de 2.3 mm, ce but est largement atteint(courbe rouge).

12 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC12 LC-TPC Montage de la collaboration. Collaboration board, Technical board. Memorandum of Agreement en cours de rédaction Infrastructure procurée par EUDET (Aimant PCMAG de KEK, Electronique ALTRO (PASA modifié sans shaping)). Dan Peterson a reçu un bulk fabriqué à Saclay (A. Giganon, S. Aune) et présenté les résultats à LCWS07 à DESY.

13 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC13 Large Prototype panels = 80cm D. Peterson, Cornell Saga GEM prototype panel (3700 channels) Franck Senée, Marc Riallot Panneaux prêts fin 2007, tests cosmiques à partir de janvier 2008, faisceau été 2008. Electronique AFTER? Techno: Bulk résistif Trigger : SiPM

14 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC14 The ideal enplate (dreams…) Detector side Electronics side Resistive bulk 1000 l.p.i. Nanocrystalline copper mesh, or gold mesh Credit-card-like integrated electronics Low-mass cooling Each yellow item is a R&D topic Res. foil grounding on the side Optical link

15 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC15

16 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC16 The Carleton chamber Carleton-Saclay Micromegas endplate with resistive anode. 128 pads (126 2mmx6mm in 7 rows plus 2 large trigger pads) Drift length: 15.7 cm ALEPH preamps + 200 MHz digitizers

17 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC17 (r,t) integral over pads (r) Q mmns A point charge being deposited at t=0, r=0, the charge density at (r,t) is a solution of the 2D telegraph equation. Only one parameter, RC (time per unit surface), links spread in space with time. R~1 M / and C~1pF per pad area matches µs signal duration.

18 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC18 Demonstration with GEM + C-loaded kapton in a X-ray collimated Demonstration with GEM + C-loaded kapton in a X-ray collimated source (M.S.Dixit et.al., Nucl. Instrum. Methods A518 (2004) 721) Demonstration with Micromegas + C-loaded kapton in a X-ray collimated source (unpublished) Demonstration with Micromegas + C-loaded kapton in a X-ray collimated source (unpublished) Cosmic-ray test with GEM + C-loaded kapton (K. Boudjemline et.al., to appear in NIM) Cosmic-ray test with GEM + C-loaded kapton (K. Boudjemline et.al., to appear in NIM) Cosmic-ray test with Micromegas + AlSi cermet (A. Bellerive et al., in Proc. of LCWS 2005, Stanford) Cosmic-ray test with Micromegas + AlSi cermet (A. Bellerive et al., in Proc. of LCWS 2005, Stanford) Beam test and cosmic-ray test in B=1T at KEK, October 2005 Beam test and cosmic-ray test in B=1T at KEK, October 2005 Reminder of past results

19 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC19 The 5T cosmic-ray test at DESY 4 weeks of data taking (thanks to DESY and T. Behnke et al.) Used 2 gas mixtures: Ar+5% isobutane (easy gas, for reference) Ar+3% CF4+2% isobutane (so-called T2K gas, good trade-off for safety, velocity, large Most data taken at 5 T (highest field) and 0.5 T (low enough field to check the effect of diffusion) Note: same foil used since more than a year. Still works perfectly. Was ~2 weeks at T=55°C in the magnet: no damage

20 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC20 The gain is independent of the magnetic field until 5T within 0.5%

21 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC21 Resolution = 50 µ independent of the drift distance Resolution = 50 µ independent of the drift distance Ar+5% isobutane B=5 T Analysis: Curved track fit P>2 GeV < 0.05

22 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC22 Resolution = 50 µ independent of the drift distance T2K gas

23 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC23 ±20 Average residual vs x position Before bias correction After bias correction

24 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC24 B=0.5 T B=0.5 T Resolution at 0 distance ~50 µ even at low gain Resolution at 0 distance ~50 µ even at low gain Gain = 4700 Gain = 2300 Neff=25.2±2.1 Neff=28.8±2.2 At 4 T with this gas, the point resol° is better than 80 µm at z=2m Even higher B fields possible : new concept?

25 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC25 Résisitif Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Travail sur MC, tests T2K au CERN Travail sur MC, tests T2K au CERN ANR RESIST: 12 personnes+1 postdoc+ST ANR RESIST: 12 personnes+1 postdoc+ST Tests en labo: bulk résistif, mesures de résistivité, uniformité, etc… Tests en labo: bulk résistif, mesures de résistivité, uniformité, etc… Tests en faisceau ou cosmique au CERN et/ou TRIUMF ou Fermilab Tests en faisceau ou cosmique au CERN et/ou TRIUMF ou Fermilab

26 12 juin 2007P. Colas - R&D ILC-TPC26 CONCLUSION Bonne compréhension des gaz, de la résolution Bonne compréhension des gaz, de la résolution Démonstration de lefficacité de la feuille résistive : 50 microns partout Démonstration de lefficacité de la feuille résistive : 50 microns partout Confiance pour le vieillissement des bulks sous gaz pour T2K. Néanmoins à confirmer par des études longues et systématiques Confiance pour le vieillissement des bulks sous gaz pour T2K. Néanmoins à confirmer par des études longues et systématiques Démarrage du Large Prototype Démarrage du Large Prototype Nécessité de développer le bulk résistif Nécessité de développer le bulk résistif