La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

ETUDE EN COSMIQUES DUNE TPC A LECTURE MICROMEGAS POUR LE FUTUR COLLISIONNEUR LINEAIRE Maximilien Chefdeville Stage effectué au CEA / DAPNIA.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "ETUDE EN COSMIQUES DUNE TPC A LECTURE MICROMEGAS POUR LE FUTUR COLLISIONNEUR LINEAIRE Maximilien Chefdeville Stage effectué au CEA / DAPNIA."— Transcription de la présentation:

1 ETUDE EN COSMIQUES DUNE TPC A LECTURE MICROMEGAS POUR LE FUTUR COLLISIONNEUR LINEAIRE Maximilien Chefdeville Stage effectué au CEA / DAPNIA

2 Plan Introduction –Contexte –Le projet TESLA –La technologie Micromegas Etude en cosmiques de la TPC Micromegas –Présentation du prototype –Optimisation des performances de lacquisition et étude du rayonnement cosmique au sol –Influence du champ magnétique –Optimisation du mélange gazeux –Comparaison aux données –Conclusion Contribution au développement dune TPC digitale –Présentation –Optimisation du mélange gazeux –Calibration du dispositif –Simulation de la longueur projetée –Conclusion

3 Contexte Le modèle standard –Théorie électrofaible + QCD –Testé à un haut degré de précision –Nombreux paramètres libres : masses et constantes de couplage Questions ouvertes –Origine des masses et brisure de la symétrie électrofaible par le mécanisme de Higgs ? –Nature de matière noire ? –Unification des quatre forces ? Thèmes de recherche –Découverte du boson de Higgs et étude détaillée de ses propriétés –Recherche de particules supersymétriques –Recherche de phénomènes au-delà du modèle standard SUGRA, supercordes … Prochains Collisionneurs –Le Large Hadron Collider (proton / proton, 14 TeV dans le centre de masse) –Le futur collisionneur linéaire (projets NLC, JLC, TESLA)

4 Chambre à projection temporelle –Reconstruit les trajectoires de particules chargées –Calcul du dE/dx –Systèmes damplification et de lecture association fils et damiers Micro Pattern Gaseous Detector Le projet TESLA Collisionneur e+/e- supraconducteur –Piloté par DESY –33 km –Energie de 500 à 800 GeV –Luminosité de 3, cm -2 s -1 Détecteurs –Détecteur de vertex –Trajectographe –Calorimètre électromagnétique –Calorimètre hadronique

5 Micromegas Principe –Micro grille séparant les 2 zones –Boost de champ à la traversée de la grille –Multiplication après la grille –Collection sur des damiers, des pistes ou des pixels Performances –Collection rapide du signal –Transparence aux électrons –Retour des ions négligeable –Dispositif peu coûteux Focalisation des électrons Capture des ions Avalanche

6 Prototype de TPC Micromegas –Cage de dérive 50 cm de long 53 cm de diamètre –Grille pas de 50 microns gap de 50 microns –1024 damiers de lecture –1024 voies délectronique –Aimant supraconducteur de 2T 2x10 mm² pads 1x10 mm² pads

7 Optimisation des performances de lacquisition Dispositif de lacquisition –Scintillateurs –Coïncidence (déclenchement) –Carte de déclenchement –Cartes de lecture –Processeur dacquisition –PC Problématique –Beaucoup de déclenchements inutiles –Proposer de nouvelles configurations

8 Simulation du rayonnement cosmique Configuration initiale C1 = Sc#2(40x40cm, h=220) + TPC(49x19cm,h=0) + Sc#3(78x85cm,h=-75) Calcul Monte Carlo des efficacités –Configuration des scintillateurs –Distribution angulaire des cosmiques Distribution en cos 3 θ.sinθ Configurations optimisées C2 = Sc#4(53x30cm,h=115) + TPC +Sc#1(57x29cm,h=-73) + Sc#3 C3 = Sc#4(53x30cm,h=115) + TPC + Sc#3 ConfigurationEfficacité C125% C275% C335%

9 Optimisation des taux de déclenchement Config.Taux simuléTaux mesuré C10,7 Hz0,3 Hz C20,5 Hz0,6 Hz C31,8 Hz3,5 Hz Taux de déclenchement –Taux cosmique à travers le scintillateur le plus haut de 18 Hz –Déduction du taux de déclenchement par calcul Monte Carlo Temps de lecture –Réduction de 20 à 3 s –Calcul Monte Carlo des taux de déclenchements lus –Calcul Monte Carlo des taux de bons déclenchements lus Config.Taux lusTaux bons lus C10,05 Hz0,01 Hz C20,2 Hz0,15 Hz C30,3 Hz0,1 Hz

10 Influence du champ magnétique Plage de 0 à 2 T accessible On mesure le rayon de courbure des traces Spectre en impulsion des muons Config.B (T)Taux lus (Hz) C C Perte de statistique dans les basses impulsions Taux lus constants Temps mort domine toujours

11 Optimisation du mélange gazeux Contraintes sur le mélange gazeux –Faible temps doccupation de la chambre –Insensibilité aux fluctuations de champ électrique –Précision optimale sur les coordonnées –Pas de capture délectrons primaires 4 Mélanges sélectionnés –Porteur : argon –Quenchers : CF 4, CO 2, CH 4, iC 4 H 10 Choix du champ de dérive –Ar + 3% CF 4 8, V/cm –Ar + 5% iC 4 H 10 4, V/cm –Ar + 10% CH 4 (P10) 5, V/cm –Ar + 5% CH 4 + 3% CO 2 (TDR)4, V/cm

12 Diffusion transverse & facteur ωτ Réduction par le champ magnétique caractérisée par le facteur ωτ On vérifie ωτ ~ v d.B / E B (T) D t simulé (μm / cm 1/2 ) D t mesuré (μm / cm 1/2 ) 0, , , , , ,08793 La simulation sur estime les mesures et converge vers elles à haut champ Influence de B dans le mélange Argon/10%CH4 Gazσ(0T) / σ(2T) TDR3,3 P106,5 Ar+3% CF47,3 Ar+5%iC4H104,5

13 Vitesse de dérive et distribution en temps Utilisation de traces sortant par le fond de la chambre Distribution homogène des temps de dérive GazE (V/cm)V simulée (cm/μs) V mesurée (cm/μs) Ar+5% iC4H102104,184,24 +/ Ar+10% CH4664,384,43 +/- 0,07 Distribution des temps de dérive Bon accord avec lexpérience

14 Prise de données terminée –Calcul des vitesses de dérive –Distribution des temps de dérive –Ecarts dans les calculs de diffusion transverse Conclusion Acquisition optimisée –Taux de déclenchement –Temps de lecture Taux de bons événements lus par le PC multiplié au minimum par 10 Mélange gazeux optimisé Influence du champ magnétique –Suppression des traces de faibles impulsions –Réduction de la diffusion transverse Diffusion transverse réduite dun facteur 3 à 7 selon le gaz TPC fonctionne correctement Analyse à approfondir Temps mort domine toujours

15 Contribution au développement dune TPC digitale Collaboration MediPix2 –13 pays européens (NIKHEF) –Transfert technologie de hep au médical Technologie MediPix2 –Puce électronique pixélisée combinée à un convertisseur photon/électron –Destinée à limagerie –Sensible au photon unique Caractéristiques –Matrice de 256x256 pixels (64k voies électroniques) –Pixel de 55x55 μm² (~500 transistors / pixel) –Fenêtre en énergie (2 discriminateurs / pixel) Association avec Micromegas –Suppression du convertisseur –Collecte des e- de lavalanche sur les pixels But –Détecter des électrons uniques pour observer des particules au minimum dionisation.

16 Dispositif et contraintes expérimentals Détecteur –Chambre de 10x10x15 mm 3 –Grille Micromegas –Gap de 50 μm –MediPix2 Contraintes –Précision transverse optimale –Pas de capture de- primaire –Sortir du bruit et voir e- unique –Pas détincelles –Clusters suffisamment espacés Mélanges gazeux sélectionnés –Porteurs : hélium & argon –Quenchers : CF 4 & iC 4 H 10 MediPix2 Micromegas Cathode

17 Optimisation du mélange gazeux Attachement –négligeable dans lespace de conversion –dominé par le coefficient de Townsend dans lespace de multiplication Diffusion transverse constante sur une large plage de champ –He +20% CF m/cm kV/cm –He +20% iC 4 H m/cm kV/cm –Ar +20% iC 4 H m/cm kV/cm Champ de dérive ~ 1 kV/cm Claquage –Tensions de claquage des grilles connues –Forte proportion de quencher réduit le risque Champ de multiplication ~ kV/cm

18 Description –Détermine G=f(V grille ) –Source de fer 55 –2 types de MediPix2 Non modifiés (20% surface métallisée) Modifiés (80% surface métallisée) Calibration du dispositif Gains maximums –He + 20% iC 4 H kV/cm (modif) 96 kV/cm (unmodif) –He + 20% CF 4 98 kV/cm (unmodif) G(modif.) ~ 3,8. G(unmodif.)

19 Observation de particules au minimum dionisation Sources –Cosmique –Radioactive Observation –Électron unique –Clusters Rayonnement delta ? Source daméricium MediPix2 + Micromegas fonctionne

20 Simulation de la longueur projetée Calcul Monte Carlo –Distribution en cos 3 θ.sinθ des muons –Calcul de la longueur projetée (en mm) sur le plan de pixels (10x10 mm²) Monte Carlo Simulation NIKHEF Analyse NIKHEF 6,6 mm6,0 mm6,5 mm Analyse en cours –Longueur moyenne projetée sur le plan de pixels –Nombre moyen de clusters attendus dans le gaz Comparaison avec les données de NIKHEF –Simulation –Analyse Accord satisfaisant

21 Conclusion Fonctionnement MediPix2+Micromegas pour lobservation de MIP est validé : prise de données très encourageante Prochains développements –Remplacer les compteurs de chaque pixels par un compteur de temps (Time Digital Converter) –Intégrer un dispositif MPGD TimePix1 TimePixGrid Applications en TPC –Très bonne résolution spatiale Très bonne résolution en impulsion Séparation des traces en milieu de haute multiplicité –Perte dénergie est donnée par le nombre de clusters –Manque linformation sur la 3 eme coordonnée


Télécharger ppt "ETUDE EN COSMIQUES DUNE TPC A LECTURE MICROMEGAS POUR LE FUTUR COLLISIONNEUR LINEAIRE Maximilien Chefdeville Stage effectué au CEA / DAPNIA."

Présentations similaires


Annonces Google