La mesure de charge à PHIL

Vincent Chaumat (Stéphane Letourneur) Pierre Lepercq pour l’équipe Phil

Journée PHIL le 30 janvier 2013

Sommaire

1/Les emplacements de mesure de charge sur Phil2/Les différents systèmes et leurs électroniques3/Résultats et comparaisons4/Conclusion

Journée PHIL le 30 janvier 2013

1/Les emplacements de mesure de la chargeSchéma de Phil sans les espaces dédiés aux utilisateurs

ICT1

ICT2 CF1

CF2Un troisième ICT et une coupe de Faraday « volante » sont disponible pour être utilisé directementderrière les expériences des utilisateurs

Phil dispose de deux types de mesure de la charge:3*ICT: Integrated Current TransformerCF : Coupe de Faraday+1coupe « volante »

Journée PHIL le 30 janvier 2013

2/Les différents systèmes de mesure de la charge

2a.1/Les ICT: sur la machine

L’ICT1 (sortie canon)

e-

Bobine

Connecteur de sortie

Céramique d’isolementIl s’agit donc d’un « transformateur »C’est donc une mesure non-destructrice pour le faisceau

Journée PHIL le 30 janvier 2013

2/Les différents systèmes de mesure de la charge2a.2/l’électronique associée de la bobine: BCMBCM Beam Charge Monitor

ICT+BCM : bobine 5keuros+électronique 10keuros=15kEuros

Le BCM est auto-calibré par une référence interne

Journée PHIL le 30 janvier 2013

2/Les différents systèmes de mesure de la charge

2a.3/L’ICT: type de signaux

Courant d’obscurité et photo-courant ICT2 (gain =26dB)

Mesures ICT traité par BCM :Courant d’obscurité = 0,061/2 = 0,030nCCourant d’obscurité + photo-courant = 0,134/2 = 0,067nCPhoto-courant = 67-30= 37pC

Photo-courant

Timing view ICT2

Output-view

Exemple de signal de sortie ICT

20ns/div10mV/div~30pC

Journée PHIL le 30 janvier 2013

Timing ICT

Signal de sortie traitée

2/Les différents systèmes de mesure de la charge

2a.4/Le BCM: le Lal a développé un électronique remplaçant le système Bergoz (BCM)

200 300 400 500 600 700 8000

100

200

300

400

500

600

700

f(x) = 0.861283490746004 x + 17.5925516425163

comparaison electronique (signal d’entrée unique) Bergoz/LAL

elec Bergoz (mV)

elec

LA

L (

mV

)

Pour cet étalonnage, le signal issu d’un ICT est envoyé simultanément auxdeux électroniques. Les réponses sont linéaires et cohérentes et montrent quel’électronique Lal a une réponse de 86pC/V.

L’électronique Lal a été calibrée en labo (hors faisceau) en simulantle signal ICT par un générateur rapide (impulsion d’amplitude variable 1pC à 1nC)La réponse du système est de 100pC/V. Ensuite les deux électroniques ont été testées avec faisceau

Journée PHIL le 30 janvier 2013

2/Les différents systèmes de mesure de la charge

2b.1/La coupe de faraday:

Exemple de la coupe de Faraday de fin de voie directe

La coupe de faraday collecte lesélectrons et fournit un courantproportionnel à la charge.Elle peut être utilisée avecou sans électronique.

Journée PHIL le 30 janvier 2013

2/Les différents systèmes de mesure de la charge2b.2/La coupe de Faraday « volante »:

2/Les différents systèmes de mesure de la charge

2b.3/la coupe de Faraday:

Exemple de signal issu de la coupe de la voie déviée.C’est l’aire de ce signal qui est égale à la charge du faisceauà l’efficacité de collection du faisceau près (négligeable pourLa gamme d’énergie de Phil: pas d’électrons secondaires).

Journée PHIL le 30 janvier 2013

2/Les différents systèmes de mesure de la charge2b.4/les coupes de Faraday: lois de conversion de l’électronique dédiée

Journée PHIL le 30 janvier 2013

3/Résultats et comparaison

Scan Charge-Phase mesuré en même temps surla coupe de Faraday et par l’iCT2. L’écart de 20% est duau transport du faisceau entre les deux systèmes, il est Constant sur toute la gamme de phase.

Journée PHIL le 30 janvier 2013

3/Résultats et comparaison

La charge est détectée par tous les systèmes de la voie directe:Qict1=80pCQict2=80pCQict3=59pC (mesuré dans l’air avant l’expérience de fluorescence JEM EUZO)Qcf1=33pC (mesuré dans l’air après l’expérience de fluorescence JEM EUZO)

Journée PHIL le 30 janvier 2013

3/Résultats et comparaison

-0.1 0.4 0.9 1.40

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Qict1 (nC)

La stabilité de la mesure de charge a été effectuée sur une longue période, la valeur obtenue est de 330pCsur toute la durée du test avec un écart type de 7pC.

Durée en heure

4/Conclusion

Différents systèmes de mesure de la charge sont implantés à Phil, trois sont fixeset deux sont maintenant disponibles pour « entourer » une expérience. Le système Bergoz reste pour nous la référence de mesure de charge.

Ces différents systèmes ont montré une grande fiabilité de mesure, une résolution del’ordre de quelques pC et une bonne cohérence entre eux.

Phil a permis au Lal de développer en interne une expertise en matière demesure de charge du faisceau (étude et réalisation de cartes électroniques rapideset faible bruit).

Journée PHIL le 30 janvier 2013