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1 R&D TPC Micromégas pour lILC CSTS 29 juin 2007.

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1 1 R&D TPC Micromégas pour lILC CSTS 29 juin 2007

2 2 Le contexte 3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC 3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC Toute la R&D mondiale pour la TPC de lILC est réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, 120 physiciens) Toute la R&D mondiale pour la TPC de lILC est réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, 120 physiciens) LC-TPC allie une R&D amont tous-azimuts et la réalisation en commun dun grand prototype LC-TPC allie une R&D amont tous-azimuts et la réalisation en commun dun grand prototype Les principales technologies à létude sont GEM et Micromégas. GEM est majoritaire, mais Micromégas a démontré de nombreux avantages Les principales technologies à létude sont GEM et Micromégas. GEM est majoritaire, mais Micromégas a démontré de nombreux avantages Les sources de financement possibles sont: Les sources de financement possibles sont: 1) les labos 1) les labos 2) la CE: EUDET pour linfrastructure de test 2) la CE: EUDET pour linfrastructure de test 3) lANR 3) lANR

3 3 Historique 1992 Garmich-Partenkirchen proposition de TPC pour lILC (R. Settles) Conceptual Design Report de TESLA. Proposition de lecture Micromégas et GEM TPC Berkeley- Orsay-Saclay Juin 2005: MP-TPC en faisceau à KEK 2006 développement de la théorie de la résolution dans un détecteur Micropattern : développement de la technique feuille résistive avec Carleton U. Octobre 2005 : résolution 50 microns à petite distance en faisceau à KEK Nov : Record de résolution 50 microns à toute distance en champ de 5T à DESY 2007 projet RESIST Janvier-Avril 2004 : démonstration de principe de gas+pixel (TPC digitale) Juillet 2005 : premiers InGrids (Micromégas sur silicium) Janvier 2006 : démarrage dEUDET Design de TimePix et acquisition à Saclay

4 : réalisation dune grande TPC (50cm, 1000 canaux) dans laimant RMN530 (2T) NIM A 535 (2004) 181 Etudes de gaz NIM A (2002), étude de la résolution Etude de la suppression du retour des ions NIM A 535 (2004) 226

5 5 Tests en faisceaux à KEK en juin et octobre 2005, tests cosmiques en 2006 TPC 384 pads partout Multi-Prototype TPC (fils, GEM et Micromegas)

6 6 Analyse du test en faisceau de juin 2005

7 7 Mesure de résolution à B=0.5 et 1T

8 8 Théorie analytique de la résolution Avec nos collègues japonais, nous avons mis au point une théorie analytique de la résolution: Effets de fluctuation dionisation, de fluctuation du gain, et de taille finie des pads, limitent la résolution. En raison du manque de partage de la charge entre pads voisins la résolution est, au mieux, de 10% de la largeur des pads 1/12 1/(12.N eff )

9 9 Extrapolation à la TPC de lILC Conclusion: même avec un pas de 1mm, Micromegas avec des pads standard 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).

10 10 Feuille résistive Une feuille résistive collée sur le plan danode en fait un réseau de résistances et capacités qui étale la charge Une feuille résistive collée sur le plan danode en fait un réseau de résistances et capacités qui étale la charge Proc. of LCWS 2005 On obtient une résolution de 50 microns à petite dérive (et à toute dérive pour B assez grand) Faisceau test à KEK B=1T Micromegas avec feuille résistive Q ns Cosmiques en champ magnétique Dapnia 07-36, soumis à NIM A

11 11 Bulk résisitif La technologie bulk NIM A 560 (2006) 405 permet une grande robustesse et labsence de zones mortes (pas de cadre) La technologie bulk NIM A 560 (2006) 405 permet une grande robustesse et labsence de zones mortes (pas de cadre) Idée: la combiner à la technologie du résistif Idée: la combiner à la technologie du résistif 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 RESIST (ANR?) : 12 personnes+1 postdoc+ST RESIST (ANR?) : 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

12 12 Tests de vieillissement (de bulks) Remise en route du canon X début 2007 Remise en route du canon X début 2007 Test de vieillissement de bulks Ar+isobutane, ArCF4Iso Test de vieillissement de bulks Ar+isobutane, ArCF4Iso Méthode: Méthode: 11 cm Trou 5cm x 2cm Absorbeur 200 microns alu 2cm x 2cm Gain ~4000, courant 6 microamp. pendant 10 jours.

13 13 EUDET Consortium européen pour linfrastructure de test des détecteurs pour lILC

14 14 SiTPC Alternative à la feuille résistive pour résoudre le problème de la taille finie des pads: détecter les électrons dionisation un par un sur des pixels de 55 microns Alternative à la feuille résistive pour résoudre le problème de la taille finie des pads: détecter les électrons dionisation un par un sur des pixels de 55 microns Démonstration en 2004 avec Medipix NIM A 540 (2005) 295 Démonstration en 2004 avec Medipix NIM A 540 (2005) 295 Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel) Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel) He 20% iC 4 H 10 Ar 20% iC 4 H 10

15 15 Les puces Medipix2/TimePix 14.8 mm pixels sur 2cm 2 Compteur 14 bits Horloge 10 à 100 MHz

16 16 Tests des TimePix au Cern > 80 % de puces utilisables dont 50 % parfaites ! David Attié

17 17 TimePix + Micromegas 90 Sr à NIKHEF Micromegas & GEMs GEM Micromegas 14 mm TimePix + GEM au faisceau de 5 GeV à DESYTimePix + Micromegas cosmiques à NIKHEF

18 18 Dépôt anode ~200 nm de Al UV Dépôt métal ~1 m dAl Motif Développement Si Wafer + Micromegas Pilliers Grille NIKHEF Twente Univ. InGrid : Integrated Grid (post-processing sur silicium) Permet déviter les zones mortes daligner les trous sur les pixels de faire des grilles parfaites NIM A 556 (2006) Résolution en énergie ( 55 Fe) 4.9%

19 19 Boîte de test pour Medipix2 M. RIALLOT (DAPNIA/SEDI) Premier test à Saclay dun Medipix2 + Micromegas sous gaz Trouver le point de fonctionnement sans étincelle Medipix2 TimePix Large Prototype TPC

20 20 D. Attié, M. Riallot, A. Giganon Détecteur TimePix en cours dassemblage - Mesure de fluctuations de gain, facteur de Fano - Etude de la polarisation de rayons X

21 21 Le Large Prototype Collaboration mondiale pilotée par LC-TPC Collaboration mondiale pilotée par LC-TPC But : test grandeur nature des différentes technologies But : test grandeur nature des différentes technologies Notre rôle: détecteurs Micromegas (+ peut-être trigger avec des MPPC=SiPM) Notre rôle: détecteurs Micromegas (+ peut-être trigger avec des MPPC=SiPM) Cage de champ : DESY Cage de champ : DESY Electronique : Lund+CERN, mais Saclay pour Micromégas Electronique : Lund+CERN, mais Saclay pour Micromégas

22 22 Le Large Prototype

23 23 Panneaux Micromegas Technologie bulk résisitif Technologie bulk résisitif Electronique AFTER (T2K) Electronique AFTER (T2K) Conception, routage : Franck Senée, Marc Riallot, Christophe Coquelet Conception, routage : Franck Senée, Marc Riallot, Christophe Coquelet 1 panneau prêt pour fin panneau prêt pour fin 2007

24 24 Le détecteur TPC idéal… 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

25 25 STRATEGIE Contribuer activement à la vie de la communauté TPC et Micropattern Contribuer activement à la vie de la communauté TPC et Micropattern Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, I. Giomataris, M. Titov), TPC jamborees Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, I. Giomataris, M. Titov), TPC jamborees Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris) Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris) Participation à lInstitute board dEUDET, au collaboration board et au technical board de LC-TPC (PC) Participation à lInstitute board dEUDET, au collaboration board et au technical board de LC-TPC (PC) Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec Carleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitent Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec Carleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitent Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu deffort sur lionisation primaire ou le gating par exemple) Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu deffort sur lionisation primaire ou le gating par exemple) Chercher les synergies (T2K, TPC 2 ou matière noire, polarimétrie X) Chercher les synergies (T2K, TPC 2 ou matière noire, polarimétrie X) Réunion endplate large prototype Paris septembre2006 MPGD/IEEE San Diego 2006

26 26 Léquipe SPP : D. Attié (postdoc EUDET), P. Colas, M. Titov, D. Burke puis S. Turnbull (stagiaires canadiens) + Max Chefdeville (thésard en co-tutelle avec NIKHEF) SEDI : E. Delagnes, A. Giganon, I. Giomataris, F. Senée, M. Riallot (plus de nombreuses aides ponctuelles)

27 27 Demandes Renforcement du groupe Renforcement du groupe Remplacement de David Attié (mars 2008) Remplacement de David Attié (mars 2008) Postdoc ANR RESIST? Postdoc ANR RESIST? Un ou deux permanents supplémentaires Un ou deux permanents supplémentaires Financement par le labo : 70 K en 2007 Financement par le labo : 70 K en 2007 Devrait atteindre 150 k/an vers 2010? Devrait atteindre 150 k/an vers 2010? Locaux : une salle denviron 30 m2 avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST (possible de partager avec autre activité similaire) Locaux : une salle denviron 30 m2 avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST (possible de partager avec autre activité similaire)


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