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[email protected] Astrophysics Detector Workshop – Nice – November 18th, 2008 1
D. Attié, P. Colas, E. Delagnes, M. Dixit, M. Riallot, Y.-H. Shin, S. Turnbull
Tests en faisceau, Tests en faisceau, développements et développements et
publicationspublications
SOCLE, 10 novembre 2009 – Paris
i r f u
yalcas
i r f u
yalcas
[email protected] 2LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009
SommaireSommaireSommaireSommaire
•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
IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction
[email protected] 3SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
1. Reduire la taille des pistes: pixels+ efficacité à l’électron unique – besoin d’identifier les clusters d’électrons
2. Disperser la charge sur plusieurs pistes : anode résistive
+ reduction du nombre de voies, coût et matériaux+ protection de l’électronique– besoin de traitement informatique offline– peut limiter la séparation des traces
2. Anode résistive
55 mm
1. Pixels
•Trajectographe de haute précision pour l’ILC : ~200 points le long de la trace avec une résolution tranverse ~ 100 μm
– Exemple: 10 m² avec des pistes de 1 mm × 6 mm :1,2 × 106 voies d’électroniquez=0 > 250 μm car l’avalanche uniquement sur une seule piste
•Résolution spatiale σxy:
– limitée par la taille de la piste (0 ~ width/√12)
– distribution de charge étroite (RMSavalanche ~ 15 μm)
D.C. Arogancia et al., NIMA 602 (2009) 403
Grand Prototype de TPC pour l’ILCGrand Prototype de TPC pour l’ILCGrand Prototype de TPC pour l’ILCGrand Prototype de TPC pour l’ILC
[email protected] 4SOCLE – 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
Caractéristiques de l’électronique T2KCaractéristiques de l’électronique T2KCaractéristiques de l’électronique T2KCaractéristiques de l’électronique T2K
[email protected] 5SOCLE – 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 μs– 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
[email protected] 6LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009
•Installation d’un module Micromegas + électronique T2K dans le grand prototype en une heure
•Utilisation “user friendly”
•Gaz utilisé : Ar/CF4/Iso-C4H10; 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 faisceauxLes tests faisceauxLes tests faisceauxLes tests faisceaux
Modules MicromegasModules MicromegasModules MicromegasModules Micromegas
[email protected] 7SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Encre résistive
Kapton résistif Standard
Kapton résistif
Micromegas + électronique T2KMicromegas + électronique T2KMicromegas + électronique T2KMicromegas + électronique T2K
[email protected] 8SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Micromegas + électronique T2KMicromegas + électronique T2KMicromegas + électronique T2KMicromegas + électronique T2K
[email protected] 9SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
DétecteurCouche isolante
Couche résistive
Résistivité (MΩ/)
Kapton résistif Verre époxy75 µm
Kapton chargé C
25 µm ~4-8
Encre résisitive
Verre époxy75 µm
Encre (3 couches) ~50 µm
~1-2
PCB
Prepreg
Kapton résistf
PCB
Prepreg
Encre résistive
Kapton résistif Encre résistive
Collage par lamination et chauffage (technique PCB)
Exemple de trace à 1 TeslaExemple de trace à 1 TeslaExemple de trace à 1 TeslaExemple de trace à 1 Tesla
[email protected] 10SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
• B = 1T
• gaz T2K
• peaking time : 100 ns
• Fréquence : 25 MHz
• z = 5 cm
Séparation des tracesSéparation des tracesSéparation des tracesSéparation des traces
[email protected] 11SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
r
φ
z
• B = 0T
• gaz T2K
• peaking time : 100 ns
• Fréquence : 25 MHz
• z = 5 cm
Vitesse de dérive vs. Peaking TimeVitesse de dérive vs. Peaking TimeVitesse de dérive vs. Peaking TimeVitesse de dérive vs. Peaking Time
[email protected] 12SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Edrift = 230 V/cm
Vd
Magboltz = 76 μm/ns
Edrift = 140 V/cm
Vd
Magboltz = 59 µm/ns
Z (cm)
Tim
e
bin
s
Tim
e
bin
s
• 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
UniformitéUniformitéUniformitéUniformité
[email protected] 13SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Colas et al., TIPP09, À paraître
Résolution spatiale (transverse)Résolution spatiale (transverse)Résolution spatiale (transverse)Résolution spatiale (transverse)
[email protected] 14SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
• Résolution à z=0: σ0 = 54.8±1.6 μm avec des pads de 2.7-3.2 mm wpad/55)
• Nombre effectif d’électrons: Neff = 31.8±1.4
Kapton résistif
eff
2d2
0x NzC
σσ
Comparaison à B=1T, z ~ 5 cmComparaison à B=1T, z ~ 5 cmComparaison à B=1T, z ~ 5 cmComparaison à B=1T, z ~ 5 cm
[email protected] 15SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
• vdrift = 230 cm/s
• Vmesh = 380 V
• Peaking time : 500 ns
• Echantillonnage : 25 MHz
• Vdrift = 230 cm/s
• Vmesh = 360 V
• Peaking time : 500 ns
• Echantillonnage : 25 MHz
Kapton résistif Encre résistive
Pad Response Functions, z ~ 5 cmPad Response Functions, z ~ 5 cmPad Response Functions, z ~ 5 cmPad Response Functions, z ~ 5 cm
[email protected] 16SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Γ = 7 mmδ = 10 mm
Γ = 11 mmδ = 13 mm
xpad – xtrack (mm)xpad – xtrack (mm)
xpad – xtrack (mm)xpad – xtrack (mm)
σz=5 cm = 68 μm σz=5cm = 130 μm !
Kapton résistif Encre résistive
•Motif en aluminium sensible aux UV
•B = O T : distorsion non perceptible
•B = 1 T : avec champ électrique rendu inhomogène en mettant les modulespériphériques à la masse
Test avec laser (août 2009)Test avec laser (août 2009)Test avec laser (août 2009)Test avec laser (août 2009)
[email protected] 17SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Projection théorique
Champ électrique distordu
Tests début avec enveloppe Si (nov. 2009) Tests début avec enveloppe Si (nov. 2009) Tests début avec enveloppe Si (nov. 2009) Tests début avec enveloppe Si (nov. 2009)
[email protected] 18SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Si
Tests avec enveloppe Si (nov. 2009)Tests avec enveloppe Si (nov. 2009)Tests avec enveloppe Si (nov. 2009)Tests avec enveloppe Si (nov. 2009)
[email protected] 19SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
TLU
Encre résistive
Kapton résistif
[email protected] 20LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009
Comparaison de la résolution : ancienne méthode vs. “intégration (700ns)”
Données à 5T (DESY 2006) : nouvelle analyseDonnées à 5T (DESY 2006) : nouvelle analyseDonnées à 5T (DESY 2006) : nouvelle analyseDonnées à 5T (DESY 2006) : nouvelle analyse
• Ancienne Ancienne méthodeméthode : :3652/17669 Résolution : Résolution : 50 50 µµmm independante de z sur 15 independante de z sur 15 cm cm
• Nouvelle méthodeNouvelle méthode : : 5663/17669 Résolution : Résolution : 40 µm40 µm independante de z sur 15 independante de z sur 15 cm cm
Dixit, et al., NIMA 581, 254 (2007)
Prochaines étapesProchaines étapesProchaines étapesProchaines étapes
[email protected] 21SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Tests 2008/2009 avec un seul module Tests 2010 avec 7 modules
Reduir
e l’e
nco
mb
rem
ent
de
Ll’é
lect
ron
ique
Choix
de la t
ech
nolo
gie
FEM
FECs
Statut des autres détecteursStatut des autres détecteursStatut des autres détecteursStatut des autres détecteurs
[email protected] 22SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Bonn/FreiburgKEK/Saga
2×4 TimePix
56 mm
ConclusionsConclusionsConclusionsConclusions
• Plusieurs Bulks Micromegas résistifs ont été testés dans l’infrastructure EUDET avec un champ magnétique de 1T pour réduire la diffusion transverse
• La technologie du Kapton chargé au carbone donne des meilleurs résultats que l’encre résistive
• La première analyse confirme l’excellente résolution à petite distance le Kapton chargé au carbone: 55 µm pour des pistes de 3 mm
• Nouvelle méthode d’analyse (fenêtre fixe d’intégration) semble prometteuse
• Les prochains tests avec un Kapton moins résistif (~1 MΩ/), ensuite construire les 7 modules en utilisant une électronique intégré en 2010
[email protected] LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009 23
[email protected] 24SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Prise de donnéesPrise de donnéesPrise de donnéesPrise de données
[email protected] 25SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Electronique T2K
1728 voies
ElectroniqueBack-end(ML405)
PCT2K DAQ
sous Linux
ILC_DATA_01
ILC_DATA_02
ILC_BCKP_01
ILC_BCKP_02
Saclay
500 Go 500 Go
500 Go
1 To
500 Go
Convertion NativeToLCIO
TCP/IP via ethernet
Fibreoptique Sauvegarde horaire
automatique (rsync)
Grille
• Taux d’acquisition: <14 Hz (Zero Suppression mode)
• Triggered by beam (no TLU)
• Easy to use (GUI)
DAQ:
Résumé des tests à 5 GeV (B=1T)Résumé des tests à 5 GeV (B=1T)Résumé des tests à 5 GeV (B=1T)Résumé des tests à 5 GeV (B=1T)
[email protected] 26SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
Conditions Standard
Edrift=230 V/cmFaible diffusion Edrift=140 V/cm
Peaking time (ns) Peaking time (ns) 100 200 500 10002000 100 200 500 10002000
Z (cm)
5.4 311 309 310 287 288 308 307 304 30511.1 395 396 397 398 399 407 408 409 410 41121.1 353 354 355 356 357 363 364 365 366 36731.1 329 333 334 335 336 330 343 344 345 34641.1 373 374 377 378 379 385 386 387 388 38951.1 312 313 314 315 316 326 430 431 432 433
Conditions standards(25 MHz) 230 V/cmPeaking time (ns)
z (cm) 100 no Shaping
500 + Shapin
gZS No ZS ZS
4.3 575/576 583 57110 586 587/588 58415 606 607 60420 600 601/602 59925 608 609 61030 591 592 59040 597 598 59650 594 595 593
• Décembre 2008: AFTER 06’
• Mai-juin 2009: AFTER 08’ avec la possibilité de réduire le shaping au minimum (200 ns)
Numéros de runsKapton résistif
Détermination du tDétermination du t00Détermination du tDétermination du t00
[email protected] 27SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
• Données cosmiques à 25 MHz de fréquence d’échantillonnage bin en temps = 40 ns
• Longueur de la TPC = 56.7 cm en accord avec les mesures mecaniques
190 bin en temps
Surveillance des paramètresSurveillance des paramètresSurveillance des paramètresSurveillance des paramètres
[email protected] 28SOCLE – Paris – 10 novembre 2009
•Eau (ppm) :
• Oxygène (ppm) :
Juin 09
Juillet 09
Août 09 Septembre 09
102
101
103
104
102
101
103
104
105
10-
1
10-
2
• 1 to 2 jours 45 L/h pour atteindreles valeurs nominales :
- H2O: 140 ppm
- O2: 30 ppm
Laser tests+std MM
Resistive MM
Bonn-GEM+TimePix
JGEM+TDC JGEM+ALTRO
[email protected] 29LCTPC Collaboration Meeting – DESY – September 21, 2009
Une meilleure façon d’analyser les données des anodes résistives :
•L’ « amplitude » de la PRF dépend des paramètres d’opération 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 d’opération de la TPC
•Fonction de résolution est Gaussienne
•La nouvelle résolution obtenue est meilleure que la précédente
•Une simple fenêtre fixé d’integration marche le mieux
Tests à 5T (2006): nouvelle analyseTests à 5T (2006): nouvelle analyseTests à 5T (2006): nouvelle analyseTests à 5T (2006): nouvelle analyse