Andrea JEREMIE LAPPIN2P3CNRS Journes Prospective IN2P3DAPNIA 2004 LaCollesurLoup

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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 b 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), NA48 Micromégas et GEM COMPASS,
KABES, CAST RPC BaBar, ATLAS, CMS,
OPERA Calorimètre à argon liquide H1, D0,
ATLAS Calorimètre avec liquide à température
ambiante KASCADE-Grande (hors
IN2P3-DAPNIA)
Cette présentation nest pas exhaustive
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Introduction TPC et Micromégas
Les Micromégas sont utilisés avec succès dans
plusieurs expériences et battent des records! gt
Leur développement continue

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

• NA48/KABES
• Résolution temporelle de 0,6 ns
• Résolution spatiale de 70 mm

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Micromégas (I.Giomataris et al (1996)) et GEM
(F.Sauli (1997))
1kV/cm
50kV/cm

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

70mm
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Détecteurs gazeux et liquides
Trajectographie TPC futur collisionneur
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Trajectographie TPC futur collisionneur e-e-

• Bonne résolution spatiale pour la séparation des
  jets
• gt 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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Trajectographie TPC futur collisionneur e-e-
TPC
Électronique de lecture
Micromégas
Études sur le mélange gazeux, vieillissement,
mesures de gain, vitesse de dérive, tenue au
champ magnétique, remontée des ions
DAPNIA, LAL, IPNO, Berkeley
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Trajectographie

• Dautres 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 b et X Imagerie médicale
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Imagerie PIM (Parallel Ionisation Multiplier)
Adapter Micromégas aux contraintes de limagerie
médicale et du petit animal gt PIM avec une
résolution spatiale meilleure que 50mm (FWHM) en
2D et grande sensibilité de détection
Barreau Kapton 50mm Épaisseur 125mm
Micromégas classique
Subatech
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Imagerie
Autres développements

• Projets avec Biospace et GenHome dans le cadre du
  6e PCRD pour limagerie b très haute résolution
  (?10mm) et prototype de grande surface 25x25cm2
  Subatech de Nantes
• Développement dune TEP (Tomographie à Émission
  de Positons) associant le détecteur PIM au Xe
  liquide utilisant le signal dionisation
  Subatech de Nantes
• Développement dune TEP au Xe liquide utilisant
  la scintillation LPSC de Grenoble
• Développement dune caméra Haute Résolution
  (ToHR) par émission monophotonique- IPNOrsay

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Détecteurs gazeux et liquides
Neutrons Spectrométrie Aval du cycle
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Neutrons Micromégas pour détecter des neutrons
Neutron
Convertisseur dépend de lénergie du neutron par
ex 6Li,10B, 6LiF
Dérive 1000 V
Gaz
Espace de conversion 3 mm
Particule ionisante
Microgrille 400 V
Espace damplification 100 mm
Pistes (pistes 1D ou 2D, pixels,...)
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

Convertisseur plastique (C3H6)
Espace de conversion petit pour éviter la
remontée des ions
DAPNIA
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Neutrons DEMIN
DAPNIA
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Neutrons Photofission gt caractérisation des
déchets nucléaires
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
lordre de 0,1 Curie /tonne.

• La méthode consiste à diriger un faisceau
  délectrons 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
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Neutrons

• Dautres 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 lénergie des neutrons
  thermiques par temps de vol par LLB et DAPNIA)

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Détecteurs gazeux et liquides
n et astroparticules
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n NOSTOS
T ? He3 e- n
DAPNIA
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n Projet TPC Géante 100 ktonnes
GEM
Phase gazeuse
GEM
20m
GEM
Phase liquide
avec détection combinée de scintillation et
Cerenkov
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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
Léger déplacement de la position dû à la création
de vortex
Après lexpérience acquise avec MACHe3,
proposition de MiMaCHe3 avec une matrice de
Micromégas avec pixellisation de lanode pour
discriminer efficacement entre événements e- et
recul
LPSC-DAPNIA-PCC-CPPM
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n et astroparticules

• Projets en discussion non présentés mais dans le
  texte
• HELLAZ (TPC avec Hélium à température de lazote
  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
• gt RENFORCER le potentiel humain et financier