1 r&d tpc micromégas pour lilc csts 29 juin 2007
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R&D TPC Micromégas pour R&D TPC Micromégas pour l’ILCl’ILC
CSTS 29 juin 2007CSTS 29 juin 2007
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Le contexteLe contexte 3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC Toute la R&D mondiale pour la TPC de l’ILC est Toute la R&D mondiale pour la TPC de l’ILC est
réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, 120 physiciens)120 physiciens)
LC-TPC allie une R&D amont “tous-azimuts” et la LC-TPC allie une R&D amont “tous-azimuts” et la réalisation en commun d’un grand prototyperéalisation en commun d’un grand prototype
Les principales technologies à l’étude sont GEM Les principales technologies à l’étude sont GEM et Micromégas. GEM est majoritaire, mais et Micromégas. GEM est majoritaire, mais Micromégas a démontré de nombreux avantagesMicromégas a démontré de nombreux avantages
Les sources de financement possibles sont: Les sources de financement possibles sont: 1) les labos1) les labos 2) la CE: EUDET pour l’infrastructure de test2) la CE: EUDET pour l’infrastructure de test 3) l’ANR3) l’ANR
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HistoriqueHistorique1992 Garmich-Partenkirchen proposition de TPC pour l’ILC (R. Settles)
1996-97 Conceptual Design Report de TESLA. Proposition de lecture Micromégas et GEM
1999-2004 TPC Berkeley-Orsay-Saclay
Juin 2005: MP-TPC en faisceau à KEK
2006 développement de la théorie de la résolution dans un détecteur Micropattern
2002-2005: développement de la technique ‘feuille résistive’ avec Carleton U.
Octobre 2005 : résolution 50 microns à petite distance en faisceau à KEK
Nov. 2006 : Record de résolution 50 microns à toute distance en champ de 5T à DESY
2007 projet RESIST
Janvier-Avril 2004 : démonstration de principe de gas+pixel (TPC digitale)
Juillet 2005 : premiers InGrids (Micromégas sur silicium)
Janvier 2006 : démarrage d’EUDET
Design de TimePix et acquisition à Saclay
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1999-2004 : réalisation d’une grande TPC (50cm, 1000 canaux) dans l’aimant RMN530 (2T) NIM A 535 (2004) 181
Etudes de gaz NIM A (2002), étude de la résolution
Etude de la suppression du retour des ions NIM A 535 (2004) 226
55
Tests en faisceaux à KEK en juin et octobre 2005, tests cosmiques en 2006
TPC 384 ‘pads partout’
Multi-Prototype TPC (fils, GEM et Micromegas)
66
Analyse du test en Analyse du test en faisceau de juin faisceau de juin
20052005
77
Mesure de résolution à B=0.5 et 1TMesure de résolution à B=0.5 et 1T
88
Théorie analytique de la Théorie analytique de la résolutionrésolution
Avec nos collègues japonais, nous avons mis au point une théorie analytique de la résolution:
Effets de fluctuation d’ionisation, de fluctuation du gain, et de taille finie des pads, limitent la résolution.
En raison du manque de partage de la charge entre pads voisins la résolution est, au mieux, de 10% de la largeur des pads
1/√12
1/√(12.Neff)
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Extrapolation à la TPC de l’ILCExtrapolation à la TPC de l’ILC
Conclusion: même avec un pas de 1mm, Micromegas avec des pads standard ne permettrait pas d’atteindre le but de 130 m de résolution.
Cependant avec une feuille résisitive et des pads de 2.3 mm, ce but est largement atteint (courbe rouge).
1010
Feuille Feuille résistiverésistiveUne feuille résistive collée sur le plan Une feuille résistive collée sur le plan
d’anode en fait un réseau de d’anode en fait un réseau de résistances et capacités qui étale la résistances et capacités qui étale la charge charge Proc. of LCWS 2005
On obtient une résolution de On obtient une résolution de 50 50 micronsmicrons à petite dérive à petite dérive
(et à toute dérive pour B assez (et à toute dérive pour B assez grand)grand)
Faisceau test à KEK B=1T
Micromegas avec feuille résistive
Q
ns
Cosmiques en champ magnétique
Dapnia 07-36, soumis à NIM A
1111
Bulk résisitifBulk résisitif La technologie bulk La technologie bulk NIM A 560 (2006) 405NIM A 560 (2006) 405
permet une grande robustesse et permet une grande robustesse et l’absence de zones mortes (pas de cadre)l’absence de zones mortes (pas de cadre)
Idée: la combiner à la technologie du Idée: la combiner à la technologie du résistifrésistif
Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Travail sur MC, tests T2K au CERNTravail sur MC, tests T2K au CERN RESIST (ANR?) : RESIST (ANR?) : 12 personnes+1 postdoc+ST12 personnes+1 postdoc+ST Tests en labo: bulk résistif, mesures de Tests en labo: bulk résistif, mesures de
résistivité, uniformité, etc…résistivité, uniformité, etc… Tests en faisceau ou cosmique au CERN Tests en faisceau ou cosmique au CERN
et/ou TRIUMF ou Fermilabet/ou TRIUMF ou Fermilab
1212
Tests de vieillissement (de Tests de vieillissement (de bulks)bulks)
Remise en route du canon X début 2007Remise en route du canon X début 2007 Test de vieillissement de bulks Test de vieillissement de bulks
Ar+isobutane, ArCF4IsoAr+isobutane, ArCF4Iso Méthode:Méthode:
11 cm
11 cm
Trou 5cm x 2cm
Absorbeur 200 microns alu 2cm x 2cm
Gain ~4000, courant 6 microamp. pendant 10 jours.
1313
EUDETEUDETConsortium européen pour l’infrastructure de test des détecteurs pour l’ILC
1414
SiTPCSiTPC Alternative à la feuille résistive pour résoudre le Alternative à la feuille résistive pour résoudre le
problème de la taille finie des pads: détecter les problème de la taille finie des pads: détecter les électrons d’ionisation un par un sur des pixels de 55 électrons d’ionisation un par un sur des pixels de 55 micronsmicrons
Démonstration en 2004 avec Medipix Démonstration en 2004 avec Medipix NIM A 540 (2005) 295NIM A 540 (2005) 295 Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel)Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel)
He 20% iC4H10 Ar 20% iC4H10
1515
Les puces Medipix2/TimePixLes puces Medipix2/TimePix
14.8 mm
11 22 44
55
66
55μm
55μm
65000 pixels sur 2cm2
Compteur 14 bits
Horloge 10 à 100 MHz
1616
Tests des TimePix au CernTests des TimePix au Cern
> 80 % de puces utilisables dont 50 % parfaites !
David Attié
1717
TimePix + Micromegas 90Sr à NIKHEF
Micromegas & GEMsMicromegas & GEMsGEMMicromegas
14 mm
14
mm
TimePix + GEM au faisceau de 5 GeV à DESYTimePix + Micromegas cosmiques à NIKHEF
1818
Dépôt anode~200 nm de Al
UV Dépôt métal~1 m d’Al
Motif Développement
Si Wafer + Micromegas
Pilliers
Grille
NIKHEFTwente Univ.
InGrid : Integrated GridInGrid : Integrated Grid
(post-processing sur silicium)
Permet d’éviter les zones mortes
d’aligner les trous sur les pixels
de faire des grilles parfaites
NIM A 556 (2006)
Résolution en énergie (55Fe) 4.9%
1919
Boîte de test pour Medipix2
M. RIALLOT (DAPNIA/SEDI)
• Premier test à Saclay d’un Medipix2 + Micromegas sous gaz
• Trouver le point de fonctionnement sans étincelle
• Medipix2 TimePix Large Prototype TPC
2020
D. Attié, M. Riallot, A. Giganon
Détecteur TimePix en cours d’assemblage- Mesure de fluctuations de gain, facteur de Fano
- Etude de la polarisation de rayons X
2121
Le “Large Prototype”Le “Large Prototype” Collaboration mondiale pilotée par LC-Collaboration mondiale pilotée par LC-
TPCTPC But : test grandeur nature des But : test grandeur nature des
différentes technologiesdifférentes technologies Notre rôle: détecteurs Micromegas (+ Notre rôle: détecteurs Micromegas (+
peut-être trigger avec des MPPC=SiPM)peut-être trigger avec des MPPC=SiPM) Cage de champ : DESYCage de champ : DESY Electronique : Lund+CERN, mais Electronique : Lund+CERN, mais
Saclay pour MicromégasSaclay pour Micromégas
2222
Le “Large Prototype”Le “Large Prototype”
2323
Panneaux MicromegasPanneaux Micromegas
Technologie ‘bulk résisitif’Technologie ‘bulk résisitif’ Electronique AFTER (T2K)Electronique AFTER (T2K) Conception, routage : Franck Senée, Conception, routage : Franck Senée,
Marc Riallot, Christophe CoqueletMarc Riallot, Christophe Coquelet 1 panneau prêt pour fin 20071 panneau prêt pour fin 2007
2424
Le détecteur TPC idéal…Le détecteur TPC idéal…
Detector side
Electronics side
Resistive bulk
1000 l.p.i. Nanocrystalline copper mesh, or gold mesh
Credit-card-like integrated electronics
Low-mass cooling
Each yellow item is a R&D topic
Res. foil grounding on the side
Optical link
2525
STRATEGIESTRATEGIE Contribuer activement à la vie de la communauté TPC et MicropatternContribuer activement à la vie de la communauté TPC et Micropattern
Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, I. Giomataris, M. Titov), TPC jamboreesI. Giomataris, M. Titov), TPC jamborees
Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris)Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris) Participation à l’Institute board d’EUDET, au collaboration board et au Participation à l’Institute board d’EUDET, au collaboration board et au
technical board de LC-TPC (PC)technical board de LC-TPC (PC) Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec
Carleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitentCarleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitent Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu
d’effort sur l’ionisation primaire ou le gating par exemple)d’effort sur l’ionisation primaire ou le gating par exemple) Chercher les synergies (T2K, TPC 2Chercher les synergies (T2K, TPC 2 ou matière noire, polarimétrie X) ou matière noire, polarimétrie X)
Réunion endplate large prototype Paris septembre2006
MPGD/IEEE San Diego
2006
2626
L’équipeL’équipe
SPP : D. Attié (postdoc EUDET), P. Colas, M. Titov, D. SPP : D. Attié (postdoc EUDET), P. Colas, M. Titov, D. Burke puis S. Turnbull (stagiaires canadiens)Burke puis S. Turnbull (stagiaires canadiens)
+ Max Chefdeville (thésard en co-tutelle avec NIKHEF)+ Max Chefdeville (thésard en co-tutelle avec NIKHEF)
SEDI : E. Delagnes, A. Giganon, I. Giomataris, F. Senée, SEDI : E. Delagnes, A. Giganon, I. Giomataris, F. Senée, M. Riallot M. Riallot
(plus de nombreuses aides ponctuelles)(plus de nombreuses aides ponctuelles)
2727
DemandesDemandes Renforcement du groupeRenforcement du groupe
Remplacement de David Attié (mars 2008)Remplacement de David Attié (mars 2008) Postdoc ANR RESIST?Postdoc ANR RESIST? Un ou deux permanents supplémentairesUn ou deux permanents supplémentaires
Financement par le labo : 70 K€ en Financement par le labo : 70 K€ en 20072007 Devrait atteindre 150 k€/an vers 2010?Devrait atteindre 150 k€/an vers 2010?
Locaux : une salle d’environ 30 m2 Locaux : une salle d’environ 30 m2 avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST (possible de partager avec autre (possible de partager avec autre activité similaire)activité similaire)