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Actar

 

CIBLE ACTIVE / Chambre TPC

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Principe de détection d’Actar

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Figure 1 : Schéma d’un détecteur à cible active

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Figure 2 : Principe d’une chambre TPC

Le détecteur ACTAR utilise une chambre de projection de temps (TPC) [7]. Il s’agit d’un détecteur gazeux permettant de reconstruire le passage de particules chargées traversant son volume dans les trois dimensions comme illustré dans la Figue 1.

Le principe d’une Chambre de Projection de Temps est illustré dans l’image 2. Dans une TPC, des électrons sont produits par l’ionisation des atomes du gaz, induite par les particules chargées. Un champ électrique fait dériver les électrons vers une zone d’amplification, où leur nombre est multiplié (avec des facteurs de gain s’étendant de 103 à 106). Différentes technologies peuvent réaliser l’amplification. Les électrons créent un signal (soit par induction, soit par une collection directe) sur un plan segmenté, créant une projection bidimensionnelle de la trace d’ionisation. La troisième dimension est reconstruite en mesurant le temps de dérive des électrons à travers le gaz.

 Etude et construction du Démonstrateur

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Figure 3 :Vue CAO du démonstrateur

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Figure 4 : Vue éclatée de la CAO du démonstrateur

 

La collaboration ACTAR a décidé de construire un prototype du détecteur complet pendant la phase de recherche et développement du projet ACTAR TPC. Le démonstrateur d’ACTAR TPC sera utilisé pour tester une version de base de l’électronique GET et permettra la conception mécanique de la chambre et d’un détecteur gazeux de type MPGD avec ses connexions afin d’être entièrement défini. Le démonstrateur sera équipé de 2048 canaux électroniques. Les circuits comprennent 64x32 pads et des connexions ont été conçues pour tester la faisabilité d’un circuit de pads de 2x2 mm2.

La figure 3 montre une vue de CAO du démonstrateur. Sa forme est cubique et les dimensions internes sont 240x190 mm2 dans le plan horizontal et 210 mm dans la hauteur. Le volume actif comprend 128x64 mm2 de lecture de pads et une hauteur de dérive verticale de 170 mm. L’ensemble mécanique pèse autour de 40 kg et est soutenu par un cadre simple qui permet de fixer l’électronique GET directement en-dessous du plan de pads.

Dessin du plan de Pads monté avec un plan de Micromegas

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Figure 5 : Schéma d’un plan d’amplification électronique Microméga

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Figure 6 : Principe d’interface avec le vide

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Figure 7 : Microvia du PCB

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Figure 8 : Connecteur

 

Le projet ACTAR TPC emploiera des détecteurs gazeux MPGD pour l’amplification. Son principe est illustré dans la figue 5.

L’actuelle conception d’ACTAR TPC est basée sur une taille de pads de 2x2 mm2. Le plan de détection est composé de 64x32 pads. Le défi de ce détecteur est la haute densité pads placés dans le vide, lus par une électronique située à l’extérieur.

Dans ce cas, l’étanchéité au vide se fait entre le plan de pads et le fond de la chambre. La figure 6 montre le schéma de conception où nous voyons le lien direct entre les câbles et le plan de pads. Le plan de pads est un circuit imprimé à plusieurs couches, d’épaisseur 4.5 mm, et collé sur la grille du fond. La technologie utilisée pour ce PCB permet de garantir un bon vide. La grille a subi une série de tests pendant plusieurs mois et l’encollage de ce PCB est suffisant pour permettre de tenir une pression de 3.5 bars qui est le minimum nécessaire exigé par les règles du CODAP. Le PCB utilise une technologie spéciale avec microvias afin de garantir la connexion entre des différentes couches. Les vias et les lignes qui sont très denses. La conception, faite par le service électronique de l’IPN Orsay, est très complexe et doit s’adapter à un motif de base de 16x6 pads pour faciliter l’extrapolation à de plus grands plans de pads. La figure7 montre une image de cette conception.

 

Le connecteur utilisé est le SAMTECH LSHM-150 (image 8) qui a un très petit pas de pin de 0.5 mm ce qui exigera un processus de soudure précis. Le choix et la taille de ce connecteur sont critiques car il ne faut pas diminuer la résistance de la grille et il faut obtenir un pas basé sur un pas standard pour pouvoir utiliser un connecteur fiable et bon marché.

La méthode de câblage entre le connecteur et l’électronique GET utilise des câbles mini-coaxiaux avec de basse capacité pour obtenir un bon rapport signal sur bruit. L’intégration de ce type de câble exige un adaptateur PCB fait par le service électronique qui fait l’interface avec le PCB aux extrémités.

 

 

Contact : Bernard Génolini

 

Publications et rapports :

Liens relatifs au projet :


 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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