Astrophysics Detector Workshop – Nice – November 18 th, 2008 1 D. Attié, P. Colas, E. Delagnes, M. Dixit, M. Riallot, Y.-H. Shin, S.

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1 David.Attie@cea.fr Astrophysics Detector Workshop – Nice – November 18 th, 2008 1 D. Attié, P. Colas, E. Delagnes, M. Dixit, M. Riallot, Y.-H. Shin, S. Turnbull Tests en faisceau, développements et publications SOCLE, 10 novembre 2009 – Paris

2 David.Attie@cea.fr2LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009 Sommaire Introduction, choix technologique Détecteur Micromegas à anode résistive Electronique T2K Grand prototype et faisceaux tests 2008-2009 Résultats : –Vitesse de dérive –Résolution spatiale –Comparaison entre deux résistifs –Tests laser –Tests avec enveloppe silicium Perspectives et prochains tests

3 Introduction David.Attie@cea.fr3SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 1. Reduire la taille des pistes: pixels + efficacité à lélectron unique –besoin didentifier les clusters délectrons 2. Disperser la charge sur plusieurs pistes : anode résistive + reduction du nombre de voies, coût et matériaux + protection de lélectronique –besoin de traitement informatique offline –peut limiter la séparation des traces 2. Anode résistive 55 mm 1. Pixels Trajectographe de haute précision pour lILC : ~200 points le long de la trace avec une résolution tranverse ~ 100 μ m –Exemple: 10 m² avec des pistes de 1 mm × 6 mm : 1,2 × 10 6 voies délectronique z=0 > 250 μ m car lavalanche uniquement sur une seule piste Résolution spatiale σ xy : –limitée par la taille de la piste ( 0 ~ width/12) –distribution de charge étroite (RMS avalanche ~ 15 μ m) D.C. Arogancia et al., NIMA 602 (2009) 403

4 Grand Prototype de TPC pour lILC David.Attie@cea.fr4SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Construit par la collaboration Infrastructure financée par EUDET pour tout utilisateur Exemples : - aimant : KEK, Japon - cage de champ : DESY, Allemagne - trigger : Saclay, France - endplate : Cornell, USA - Micromegas : Saclay, France - GEM : Saga, Japon - TimePix : F, D, NL

5 Caractéristiques de lélectronique T2K David.Attie@cea.fr5SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Electronique basée sur puces AFTER (72 voies/puce) de la TPC de T2K (Saclay): –pre-amplificateur-shaper (700 e-) bas bruit – peaking time réglable de 100 ns à 2 μ s –échantillonage par SCA –Suppression Zero –Novembre 2008: AFTER 06 –Mai-Juin 2009: AFTER 08 avec possibilité de réduire le shaping au minimum Détecteur Bulk Micromegas: 1726 (24x72) pistes de ~3x7 mm² –fréquence réglable de 1 à 100 MHz (most data at 25 MHz) –12 bit ADC (rms des piedestaux de 4 à 6 cannaux) – pulser pour la calibration

6 David.Attie@cea.fr6LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009 Installation dun module Micromegas + électronique T2K dans le grand prototype en une heure Utilisation user friendly Gaz utilisé : Ar/CF 4 /Iso-C 4 H 10 ; 97/3/2 (T2K gas) Trigger cosmique SiPM (contribution Saclay) très stable (0.65 Hz) Quatre périodes de test en faisceau à 5 GeV : –Novembre-Décembre 2008 : standard, Kapton resistif –Mai-juin 2009 : encre résistive, Kapton résistif –Août 2009 : standard (laser) –Novembre 2009 : nouveau Kapton résistif (Si enveloppe) Les tests faisceaux

7 Modules Micromegas David.Attie@cea.fr7SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Encre résistive Kapton résistif Standard Kapton résistif

8 Micromegas + électronique T2K David.Attie@cea.fr8SOCLE – Paris – 10 novembre 2009

9 Micromegas + électronique T2K David.Attie@cea.fr9SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 DétecteurCouche isolanteCouche résistive Résistivité (M Ω / ) Kapton résistif Verre époxy 75 µm Kapton chargé C 25 µm ~4-8 Encre résisitive Verre époxy 75 µm Encre (3 couches) ~50 µm ~1-2 PCB Prepreg Kapton résistf PCB Prepreg Encre résistive Kapton résistifEncre résistive Collage par lamination et chauffage (technique PCB)

10 Exemple de trace à 1 Tesla David.Attie@cea.fr10SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 B = 1T gaz T2K peaking time : 100 ns Fréquence : 25 MHz z = 5 cm

11 Séparation des traces David.Attie@cea.fr11SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 r φ z B = 0T gaz T2K peaking time : 100 ns Fréquence : 25 MHz z = 5 cm

12 Vitesse de dérive vs. Peaking Time David.Attie@cea.fr12SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 E drift = 230 V/cm V d Magboltz = 76 μm/ns E drift = 140 V/cm V d Magboltz = 59 µm/ns Z (cm) Time bins Données à B=1T Pour différents Peaking Time: 200 ns, 500 ns, 1 µs, 2 µs Z (cm) Kapton résistif Attié et al., MPGD09, JINST à paraître

13 Uniformité David.Attie@cea.fr13SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Colas et al., TIPP09, À paraître

14 Résolution spatiale (transverse) David.Attie@cea.fr14SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Résolution à z=0: σ 0 = 54.8±1.6 μm avec des pads de 2.7-3.2 mm w pad /55) Nombre effectif délectrons: N eff = 31.8±1.4 Kapton résistif

15 Comparaison à B=1T, z ~ 5 cm David.Attie@cea.fr15SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 v drift = 230 cm/ s V mesh = 380 V Peaking time : 500 ns Echantillonnage : 25 MHz V drift = 230 cm/ s V mesh = 360 V Peaking time : 500 ns Echantillonnage : 25 MHz Kapton résistifEncre résistive

16 Pad Response Functions, z ~ 5 cm David.Attie@cea.fr16SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Γ = 7 mm δ = 10 mm Γ = 11 mm δ = 13 mm x pad – x track (mm) σ z=5 cm = 68 μ m σ z=5cm = 130 μ m ! Kapton résistifEncre résistive

17 Motif en aluminium sensible aux UV B = O T : distorsion non perceptible B = 1 T : avec champ électrique rendu inhomogène en mettant les modules périphériques à la masse Test avec laser (août 2009) David.Attie@cea.fr17SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Projection théorique Champ électrique distordu

18 Tests début avec enveloppe Si (nov. 2009) David.Attie@cea.fr18SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Si

19 Tests avec enveloppe Si (nov. 2009) David.Attie@cea.fr19SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 TLU Encre résistive Kapton résistif

20 David.Attie@cea.fr20LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009 Comparaison de la résolution : ancienne méthode vs. intégration (700ns) Données à 5T (DESY 2006) : nouvelle analyse Ancienne méthode : Résolution : 50 µm Ancienne méthode :3652/17669 Résolution : 50 µm independante de z sur 15 cm independante de z sur 15 cm Nouvelle méthode : Nouvelle méthode : 5663/17669 Résolution : 40 µm Résolution : 40 µm independante de z sur 15 cm independante de z sur 15 cm Dixit, et al., NIMA 581, 254 (2007)

21 Prochaines étapes David.Attie@cea.fr21SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Tests 2008/2009 avec un seul module Tests 2010 avec 7 modules Reduire lencombrement de Llélectronique Choix de la technologie FEM FECs

22 Statut des autres détecteurs David.Attie@cea.fr22SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Bonn/Freiburg KEK/Saga 2×4 TimePix 56 mm

23 Conclusions Plusieurs Bulks Micromegas résistifs ont été testés dans linfrastructure EUDET avec un champ magnétique de 1T pour réduire la diffusion transverse La technologie du Kapton chargé au carbone donne des meilleurs résultats que lencre résistive La première analyse confirme lexcellente résolution à petite distance le Kapton chargé au carbone: 55 µm pour des pistes de 3 mm Nouvelle méthode danalyse (fenêtre fixe dintégration) semble prometteuse Les prochains tests avec un Kapton moins résistif (~1 M/), ensuite construire les 7 modules en utilisant une électronique intégré en 2010 David.Attie@cea.fr LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009 23

24 David.Attie@cea.fr24SOCLE – Paris – 10 novembre 2009

25 Prise de données David.Attie@cea.fr25SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Electronique T2K 1728 voies Electronique Back-end (ML405) PC T2K DAQ sous Linux ILC_DATA_01 ILC_DATA_02 ILC_BCKP_01 ILC_BCKP_02 Saclay 500 Go 1 To 500 Go Convertion NativeToLCIO TCP/IP via ethernet Fibre optique Sauvegarde horaire automatique (rsync) Grille Taux dacquisition: <14 Hz (Zero Suppression mode) Triggered by beam (no TLU) Easy to use (GUI) DAQ:

26 Résumé des tests à 5 GeV (B=1T) David.Attie@cea.fr26SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Conditions Standard E drift =230 V/cm Faible diffusion E drift =140 V/cm Peaking time (ns) 1002005001000200010020050010002000 Z (cm) 5.4 311309310287288 308307304305 11.1 395396397398399407408409410411 21.1 353354355356357363364365366367 31.1 329333334335336330343344345346 41.1 373374377378379385386387388389 51.1 312313314315316326430431432433 Conditions standards (25 MHz) 230 V/cm Peaking time (ns) z (cm) 100 no Shaping 500 + Shaping ZSNo ZSZS 4.3 575/576583571 10 586587/588584 15 606607604 20 600601/602599 25 608609610 30 591592590 40 597598596 50 594595593 Décembre 2008: AFTER 06 Mai-juin 2009: AFTER 08 avec la possibilité de réduire le shaping au minimum (200 ns) Numéros de runs Kapton résistif

27 Détermination du t 0 David.Attie@cea.fr27SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Données cosmiques à 25 MHz de fréquence déchantillonnage bin en temps = 40 ns Longueur de la TPC = 56.7 cm en accord avec les mesures mecaniques 190 bin en temps

28 Surveillance des paramètres David.Attie@cea.fr28SOCLE – Paris – 10 novembre 2009 Eau (ppm) : Oxygène (ppm) : Juin 09Juillet 09Août 09Septembre 09 10 2 10 1 10 3 10 4 10 2 10 1 10 3 10 4 10 5 10 - 1 10 - 2 1 to 2 jours 45 L/h pour atteindre les valeurs nominales : -H 2 O: 140 ppm -O 2 : 30 ppm Laser tests +std MM Resistive MM Bonn-GEM +TimePix JGEM+TDC JGEM+ALTRO

29 David.Attie@cea.fr29LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009 Une meilleure façon danalyser les données des anodes résistives : L « amplitude » de la PRF dépend des paramètres dopération de la TPC Développer une méthode ne nécessitant pas de réglage spécifique Tester les nouvelles idées avec des données simulées Appliques et tester un nouvel algorithme pour analyser à nouveau les données de DESY à 5 T Critère : PRF peut être appliqué systématiquement et facilement à une large gamme de conditions dopération de la TPC Fonction de résolution est Gaussienne La nouvelle résolution obtenue est meilleure que la précédente Une simple fenêtre fixé dintegration marche le mieux Tests à 5T (2006): nouvelle analyse