Instrumentation et détecteurs Détecteurs gazeux et liquides Participants : Philippe Bourgeois, Paul Colas, Ioannis Giomataris, Andrea Jeremie, Vincent Lepeltier et Dominique Thers Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Détecteurs gazeux et liquides PLAN Introduction Trajectographie Imagerie et détection de b et X Neutrons Neutrinos et astroparticules Conclusion Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Introduction : Principaux types de détecteurs gazeux et liquides actuels Chambres à fils : BaBar, Alice… TPC : ICARUS (argon liquide), DRIFT II gaz (hors IN2P3-DAPNIA), NA48 Micromégas et GEM : COMPASS, KABES, CAST… RPC : BaBar, ATLAS, CMS, OPERA… Calorimètre à argon liquide : H1, D0, ATLAS Calorimètre avec liquide à température ambiante : KASCADE-Grande (hors IN2P3-DAPNIA) Cette présentation n’est pas exhaustive… Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Introduction : TPC et Micromégas Les Micromégas sont utilisés avec succès dans plusieurs expériences et battent des records! => Leur développement continue… CAST (CERN Axion Solar Telescope) Seuil de détection très bas : 600eV! NA48/KABES Résolution temporelle de 0,6 ns Résolution spatiale de 70 mm Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Micromégas (I.Giomataris et al (1996)) et GEM (F.Sauli (1997)) Pistes Lecture des pistes Plancher Zone d’amplification (50 ou 100 µm) particule chargée e- microgrille HTd HTm Zone de conversion (3 mm) Électrode de dérive Ea Ec ~1kV/cm ~50kV/cm Avantages : Résolutions spatiale et temporelle excellentes Supporte de hauts flux Bas bruit Peu de vieillissement Montage facile et faible coût Possibilité de grandes surfaces 70mm Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Détecteurs gazeux et liquides Trajectographie TPC futur collisionneur Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Trajectographie : TPC futur collisionneur e+-e- Bonne résolution spatiale pour la séparation des jets => TPC avec Micromégas au lieu de fils proportionnels TPC permet une mesure tridimensionnelle de la trajectoire de la particule chargée Bonne résolution spatiale 200 points de mesure par rayon (1,60m) Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Trajectographie : TPC futur collisionneur e+-e- Électronique de lecture TPC Micromégas Études sur le mélange gazeux, vieillissement, mesures de gain, vitesse de dérive, tenue au champ magnétique, remontée des ions DAPNIA, LAL, IPNO, Berkeley Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Trajectographie D’autres projets non présentés mais dans le texte: Micro-TPC (micromégas avec damiers sub-millimétriques par DAPNIA) Source ponctuelle de photo-électrons (banc de test de micro-détecteurs gazeux par IPNO) Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Détecteurs gazeux et liquides Imagerie b et X Imagerie médicale Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Imagerie : PIM (Parallel Ionisation Multiplier) Adapter Micromégas aux contraintes de l’imagerie médicale et du petit animal => PIM avec une résolution spatiale meilleure que 50mm (FWHM) en 2D et grande sensibilité de détection Barreau Kapton :50mm Épaisseur : 125mm Micromégas classique 125mm A sans segmentation Subatech Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Imagerie Autres développements Projets avec Biospace et GenHome dans le cadre du 6e PCRD pour l’imagerie b très haute résolution (10mm) et prototype de grande surface 25x25cm2 – Subatech de Nantes Développement d’une TEP (Tomographie à Émission de Positons) associant le détecteur PIM au Xe liquide utilisant le signal d’ionisation– Subatech de Nantes Développement d’une TEP au Xe liquide utilisant la scintillation– LPSC de Grenoble Développement d’une caméra Haute Résolution (ToHR) par émission monophotonique- IPNOrsay Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Détecteurs gazeux et liquides Neutrons Spectrométrie Aval du cycle Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Neutrons : Micromégas pour détecter des neutrons Dérive ~ 1000 V Convertisseur dépend de l’énergie du neutron par ex : 6Li,10B, 6LiF Gaz Espace de conversion ~ 3 mm Particule ionisante Microgrille ~ 400 V Espace d’amplification ~ 100 mm Pistes (pistes 1D ou 2D, pixels,...) Lecture des pistes Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Neutrons : DEMIN Convertisseur plastique (C3H6) But du spectromètre à neutrons DEMIN : réaliser une spectrométrie fine des bouffées de neutrons dans des environnements hostiles (flux de particules, effets électromagnétiques, …). Expérience dans le cadre du projet Laser MégaJoule Convertisseur plastique (C3H6) Espace de conversion petit pour éviter la remontée des ions DAPNIA Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Neutrons : DEMIN DAPNIA Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Neutrons : Photofission => caractérisation des déchets nucléaires Le but du projet photofission est la caractérisation des déchets nucléaires, par une méthode non destructive, pour optimiser leurs entreposages. La sensibilité recherchée est de l’ordre de 0,1 Curie /tonne. La méthode consiste à diriger un faisceau d’électrons sur une cible pour produire des gammas qui interagissent avec les noyaux des actinides pour donner des neutrons. Micromégas doit mesurer le spectre en énergie des neutrons. e-  Détecteur Déchet Actinide Colis Bétonné n Accélérateur DAPNIA Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Neutrons D’autres projets non présentés mais dans le texte: Tomographie 2D (neutrons du réacteur Orphée par DAPNIA) PICCOLO (flux de neutrons dans barre de combustible par DAPNIA et LPC) MIND (Micromégas Neutron Detector pour la détermination de l’énergie des neutrons thermiques par temps de vol par LLB et DAPNIA) Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Détecteurs gazeux et liquides n et astroparticules Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

n : NOSTOS T  He3 + e- + n DAPNIA Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

n : Projet TPC Géante 100 ktonnes Liquid Argon Drift Gas Argon Isolation h = 20m Diamètre: 70m GEM Phase gazeuse GEM 20m GEM Phase liquide avec détection combinée de scintillation et Čerenkov Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

3M 1st Mass Production of Micromegas Bulk Micromegas, CERN-Saclay Robuste, économique, grandes surfaces, manipulation facile

Détection de Matière Noire : MACHe3 Léger déplacement de la position dû à la création de vortex Après l’expérience acquise avec MACHe3, proposition de MiMaCHe3 avec une matrice de Micromégas avec pixellisation de l’anode pour discriminer efficacement entre événements e- et recul LPSC-DAPNIA-PCC-CPPM Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

n et astroparticules Projets en discussion non présentés mais dans le texte: HELLAZ (TPC avec Hélium à température de l’azote liquide pour la détection de neutrinos solaires avec Micromégas fournie par DAPNIA) SUPERMUNU ( TPC avec microgrilles par LPSC) Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup

Détecteurs gazeux et liquides CONCLUSION Nombreux projets en cours et en développement Principalement autour des Micromégas et associés… Ces détecteurs ont déjà fait leurs preuves Plusieurs équipes dans nos laboratoires mais petites Domaines très variés : Physique des particules, Astroparticules, Physique Nucléaire, Applications médicales, Aval du cycle etc… Retombées nombreuses pour le futur => RENFORCER le potentiel humain et financier Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup