Andrea JEREMIE LAPP-IN2P3-CNRS Journées Prospective IN2P3/DAPNIA 2004 La-Colle-sur-Loup Instrumentation et détecteurs Détecteurs gazeux et liquides Participants

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

Instrumentation et détecteurs

Détecteurs gazeux et liquides

Participants : Philippe Bourgeois, Paul Colas, Ioannis Giomataris, Andrea Jeremie, Vincent Lepeltier et Dominique Thers



PLAN

•Introduction

•Trajectographie

•Imagerie et détection de et X

•Neutrons

•Neutrinos et astroparticules

•Conclusion


Introduction : Principaux types de détecteurs gazeux et liquides actuels

Chambres à fils : BaBar, Alice…TPC : ICARUS (argon liquide), DRIFT II gaz (hors IN2P3-DAPNIA), NA48Micromégas et GEM : COMPASS, KABES, CAST…RPC : BaBar, ATLAS, CMS, OPERA…Calorimètre à argon liquide : H1, D0, ATLASCalorimètre avec liquide à température ambiante : KASCADE-Grande

(hors IN2P3-DAPNIA)

Cette présentation n’est pas exhaustive…


Les Micromégas sont utilisés avec succès dans plusieurs expériences et battent des records!=> Leur développement continue…

Introduction : TPC et Micromégas

•CAST (CERN Axion Solar Telescope)Seuil de détection très bas : 600eV!

•NA48/KABES Résolution temporelle de 0,6 nsRésolution spatiale de 70 m


Pistes

Lecture des pistes

Plancher

Zone d’amplification (50 ou 100 µm)

particulechargée

e-

microgrille

HTd

HTm

Zone de conversion

(3 mm)

Électrode de dérive

Ea

Ec

Avantages : •Résolutions spatiale et temporelle excellentes•Supporte de hauts flux•Bas bruit•Peu de vieillissement•Montage facile et faible coût•Possibilité de grandes surfaces

~1kV/cm

~50kV/cm

Micromégas (I.Giomataris et al (1996)) et GEM (F.Sauli (1997))

70m



TrajectographieTPC futur collisionneur


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)


Études sur le mélange gazeux, vieillissement, mesures de gain, vitesse de dérive, tenue au champ magnétique, remontée des ions

DAPNIA, LAL, IPNO, Berkeley

Trajectographie : TPC futur collisionneur e+-e-

TPC

Micromégas

Électronique de lecture


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)



Imagerie et XImagerie médicale


Adapter Micromégas aux contraintes de l’imagerie médicale et du petit animal => PIM avec une résolution spatiale meilleure que 50m (FWHM) en 2D et grande sensibilité de détection

125m A

sans segmentation

Barreau Kapton :50mÉpaisseur : 125m

Subatech

Micromégas classique

Imagerie : PIM (Parallel Ionisation Multiplier)


Imagerie

Autres développements

•Projets avec Biospace et GenHome dans le cadre du 6e PCRD pour l’imagerie très haute résolution (10m) 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



NeutronsSpectrométrieAval du cycle


Neutrons : Micromégas pour détecter des neutrons

Gaz

Dérive ~ 1000 V

Pistes(pistes 1D ou 2D, pixels,...)

Microgrille ~ 400 V

Espace deconversion

~ 3 mm

Espace d’amplification

~ 100 m

Convertisseur dépend de l’énergie du neutronpar ex : 6Li,10B, 6LiF

Neutron

Particule ionisante

Lecture des pistes


Neutrons : DEMIN

•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

DAPNIA

Convertisseur plastique (C3H6)

Espace de conversion petit pour éviter la remontée des ions


Neutrons : DEMIN

DAPNIA


e-

Détecteur

Déchet Actinide

Colis Bétonné

n

Accélérateur

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.

DAPNIA

Neutrons : Photofission => caractérisation des déchets nucléaires


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)



et astroparticules


: NOSTOS

DAPNIAT He3 + e- +


Liquid Argon

Dri

ft

Gas Argon

Isolation

h = 20m

Diamètre: 70m

avec détection combinée de scintillation et Čerenkov

: Projet TPC Géante 100 ktonnes

Phase liquide

GEM

GEM

Phase gazeuse

GEM

20m

3M 1st Mass Production of Micromegas Bulk Micromegas, CERN-Saclay

Robuste, économique, grandes surfaces, manipulation facile


Détection de Matière Noire : MACHe3

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

Léger déplacement de la position dû à la création de vortex


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)



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

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