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Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Photomultiplicateurs de grande surface en physique expérimentale Dispositifs.

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1 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Photomultiplicateurs de grande surface en physique expérimentale Dispositifs expérimentaux Rayons cosmiques de haute énergie Neutrinos. Télescopes "sous marins" Grands "Cerenkov" compacts Futures expériences et R&D associée Collaboration en cours avec PHOTONIS Projets

2 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Dispositifs expérimentaux Rayons cosmiques (Observatoire Pierre Auger) 5000 Photomultiplicateurs Photonis XP ", Gain : Photomultiplicateurs Grande dynamique Très bonne linéarité

3 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Dispositifs expérimentaux Neutrinos. Télescopes "sous marins" Baikal Antares Dumand (Hawaï) Lac Baïkal (Russie) Amanda / Ice Cube (Pôle Sud) Antares (Méditerranée, France) Nestor (Méditerranée, Grèce) Amanda / Ice Cube Grandes surfaces et efficacités Faibles signaux Bonne SER Bonne caractéristiques temporelles

4 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Dispositifs expérimentaux Neutrinos. Télescopes "sous marins" DumandPhilips XP " hybride BaïkalQuasar-370 /Ugon 15" hybride AmandaHamamatsu R ", Gain : 10 9 Ice CubeHamamatsu R ", Gain : 10 7 AntaresHamamatsu R ", Gain : 10 8 NestorHamamatsu R ", Gain : 10 7 Amanda Baïkal

5 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Dispositifs expérimentaux Neutrinos. Grands "Cerenkov" compacts SNO (USA) MiniBoone (USA) Borexino (Italie) Super Kamiokande Kamiokande Super Kamiokande Kamland (Japon) Grandes surfaces et efficacités Faibles signaux Bonne SER Bonne caractéristiques temporelles Faible radioactivité Verre bas bruit

6 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Dispositifs expérimentaux Neutrinos. Grands "Cerenkov" compacts SNOHamamatsu R1408 8", Gain : 10 7 BorexinoETL ", Gain : 10 7 MiniBooNeHamamatsu R5912 8", Gain : 10 7 KamiokandeHamamatsu R3600 Super Kamio.Hamamatsu R ", Gain : 10 7 KamlandHamamatsu R ", Gain : 10 7 Super Kamiokande

7 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Futures expériences Rayons cosmiquesAuger Nord(USA) Télescopes sous-marins Nemo, Km 3 (Méditerranée) ( Very Large Volume Neutrino Telescope) Grands Cerenkov compacts Hyper Kamiokande Hyper Kamiokande(Japon) UNO(USA) Megatonne(Europe)

8 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface 8 inch10 inch 13 inch 20 inch 8 inch R1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL R5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL R : AMANDA / South-Pole 10 inch R : ANTARES (0.1km2) / Marseille R : ICECUBE / South-Pole ? inch PMT? : KM3 EXPERIMENT 13 inch R8055 : NESTOR 17 inch R7250 : KamLAND / Japan 20 inch R : SUPER-KAMIOKANDE / Japan 8 inch R1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL R5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL R : AMANDA / South-Pole 10 inch R : ANTARES (0.1km2) / Marseille R : ICECUBE / South-Pole ? inch PMT? : KM3 EXPERIMENT 13 inch R8055 : NESTOR 17 inch R7250 : KamLAND / Japan 20 inch R : SUPER-KAMIOKANDE / Japan Yuji Yoshizawa, Octobre 2003

9 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Arrêt du projet PM de 40 pouces Orientation :20 pouces Max HPD (PM hybride) Design possible : HPD 20" double Fabrication PM 20 " Prototype : HPD 5" 8 kV et APD 3mm Photocathode APD

10 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Quelques R&D en cours Andrea Bersani, NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003 R R PM standard : pas de localisationAdjonction de guides de lumière Localisation si PM multi-anode Essais en cours avec des matériaux faible de coût (aluminised PETG)

11 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Quelques R&D en cours Andrea Bersani, NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003 Quasar370 was developed for Baïkal Large sensitive area (14.5dia.) HV to accelerate photoelectrons A second scintillator to reconvert primary photoelectrons into photons A commercial, small-diameter PMT for final reading It needs HV (20 to 30 KV) inside the OM TTS can be strongly reduced It has an astonishing resolution Référence (premier HPD) Quasar370 (Philips XP 2600)

12 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Quelques R&D en cours Andrea Bersani, NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003 Take a Quasar370 and: Simplify the geometry Optimize TTS Create a segmented reading 12/24V to 20/30KV converter YAP inorganic scintillator layer 4 Hamamatsu R PMTs

13 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Quelques R&D en cours Michele Giunta, INFN Pisa, VLVvT Conference, Octobre 2003 Prototype 5 Final 10 Cadre : Expérience CLUE Tom Project (2001) Photocathode Bi-alcaline ou Rb2Te 20/30 kV Diode Si pixélisée Dispositif pour évaporation (INFN Pisa et CERN)

14 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Synthèse PM classiques Taille de 8 à 15 pouces, jusquà 20 ? Grandes surfaces et efficacités Bonne SER Bonne caractéristiques temporelles Avec aussiVerre bas bruit Bonne linéarité Renouveau des HPD (PM hybrides) Localisation possible Excellente SER + Possibilité de collection de lumière extérieure au PM ?

15 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface PHOTONIS Essais au Lac Baïkal (Philips XP2600) 1980 – 1990 R&D sur tubes avec diode PIN (Collaboration CERN) Depuis 2OOO Adaptation du XP1802 à AUGER Réduction du gain (XP1805) Chaîne de production des tubes de 9 pouces Collaboration PHOTONIS / IPN Orsay 1990 – 2000 Tubes (base vision nocturne) avec APD Tubes boules pour SNO (XP1802, 9) Proposition BOREXINO (idem) Développement pour ANTARES (XP1804, 10,4)

16 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Collaboration avec PHOTONIS Laboratoires : IPN Orsay, LAL Orsay et INFN Torino Cadre : Bourse BdI (50% Auger), Oct 2003 – Oct 2006 Programme CNRS Astroparticules, Eté 2004 Objectifs : Développement de grands PM Electronique (FE) associée

17 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface PHOTONIS Collaboration avec IPN Orsay Etude des expériences en cours et futures Compréhension des caractéristiques des PM Caractérisation de nouveaux PM Sensibilité de photocathodePHOTONIS Gain en mode DCPHOTONIS Courant dobscuritéPHOTONIS Réponse en électron unique (SER) et bruitPHOTONIS et IPNO Uniformité de réponsePHOTONIS et IPNO LinéaritéPHOTONIS et INFN Torino Post-impulsionsIPNO Efficacité de détection (relative)IPNO Sensibilité au champ magnétique terrestreIPNO Evolution du bruit avec la températureIPNO Fluctuations temporellesIPNO + Electronique (exposé de Christophe)

18 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Bancs de tests IPN Orsay Réponse en électron unique (gain, amplitude, P/V) Caractéristiques temporelles Uniformité de photocathode Efficacité de détection (relative) Source de lumière : Am + NE111 - Diode PM XP2020 Chariot mobile Banc de test 1

19 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Bancs de tests IPN Orsay Banc de test 2 Bruit Variation avec la température la HT Post impulsions Enceinte climatique (Voestch VC4034) + Boite noire Al (-40° à +50° ) Boite noire (bois) Effet du champ magnétique

20 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Quelques résultats SER et Temps XP 1806, 8 pouces, type ANTARES SER P/V = 3 Temps (Limite:2 ns) Température « Bursts »

21 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Quelques résultats Post impulsions (Mesures à loscilloscope numérique) XP 1806, 8 pouces, type ANTARES Distribution en temps Distribution en amplitude Taux de comptage différentiel

22 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Progamme Année 1 (Sept 03-Sept 04) Mise au point des méthodes et bancs de tests Caractérisation sur des PM de référence Année 2 (Sept 04-Sept 05) Fabrication et mesures de différents PM classiques (8 à 12) Etudes de verrerie Etudes sur des HPD Année 3 (Sept 05-Sept 06) Fin des mesures en PM classique… jusquà 15 pouces ? ComparaisonPM classique HPD de 2 types (PM et APD) (Taille 12 ou 13) Remarque Limite actuelle en taille (PHOTONIS et IPNO) 15 pouces

23 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Participants PHOTONIS Pascal Lavoute, Cyril Moussant Secteur Développement + Fabrication PM IPN Orsay R&D Détecteurs : Joël Pouthas, Bernard Genolini, Thi Nguyen Trung Etudiant BdI (50%) : Damien Dornic Stagiaires DUT (et vacataires ?) pour les séries de mesures + Collaboration INFN Torino

24 Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Grande surface Demande financement CNRS / IN2P3 Appel doffres CNRS en Astroparticules « R&D sur les photomultiplicateurs et lélectronique associée » (IPN Orsay, LAL Orsay et PHOTONIS) Demandé en 2004 : 44 kE HT (dont 23 pour les PM) Obtenu (Sept 04) :35 kE HT En 2005 :Annoncé 35 kE HT (dont 13 pour les PM) + Manque 2004 (11 kE) ? En 2006 :??? Demande IN2P3 en Equipement de Laboratoire « Equipements pour les études et tests de détecteurs » Demandé en kE HTObtenu : 0 Demande 2005 : 35 kE HT+ Vacations ?


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