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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
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Détecteurs gazeux et liquides
PLAN
•Introduction
•Trajectographie
•Imagerie et détection de et X
•Neutrons
•Neutrinos et astroparticules
•Conclusion
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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…
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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
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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
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Détecteurs gazeux et liquides
TrajectographieTPC futur collisionneur
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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)
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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
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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)
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Détecteurs gazeux et liquides
Imagerie et XImagerie médicale
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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)
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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
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Détecteurs gazeux et liquides
NeutronsSpectrométrieAval du cycle
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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
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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
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Neutrons : DEMIN
DAPNIA
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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
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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)
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Détecteurs gazeux et liquides
et astroparticules
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: NOSTOS
DAPNIAT He3 + e- +
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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
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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
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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)
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Détecteurs gazeux et liquides
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