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Accueil du site > Activités scientifiques et techniques > Division Instrumentation et Informatique > R&D Détecteurs > Projets du service RDD > Observatoire Pierre Auger Sud

Logo Auger {GIF}

L’Observatoire Pierre Auger

Conception et production de 2 500 embases
de photomultiplicateurs

PMT avec base {JPEG}

 

Le détecteur de surface de l’Observatoire Pierre Auger :
un réseau de 3 000 km2 de cuves Cherenkov à eau

Principe de détection {JPEG}
Principe cuve Cherenkov {JPEG}

Cuve Cherenkov

L’Observatoire Pierre Auger est en fin d’installation à Malargüe, Argentine. Son objectif est de mesurer des gerbes de particules produites par des particules de ultra haute énergie. C’est un détecteur hybride qui tire avantage de techniques de détection complémentaires : un Détecteur de Surface (SD) et un Détecteur de Fluorescence (FD).

Le détecteur de surface est un réseau de 1 600 cuves d’eau. Chaque cuve est équipée de 3 tubes photomultiplicateurs (PMTs - Photonis XP1805) qui détectent la lumière Cherenkov produite lors du passage de particules dans l’eau.

La production des embases pour les photomultiplicateurs a été faite sous la responsabilité de l’IPN d’Orsay et de l’INFN de Turin en Italie. Chaque groupe a produit 2 500 embases. La conception de l’embase a été faite par le service R&D Détecteurs de l’IPN d’Orsay (RDD).

 

Conception d’une embase de photomultiplicateur
à faible consommation et grande gamme dynamique


Embase Auger {JPEG}

Circuit d’embase

L’identification des gerbes est faite par l’observation sur plusieurs cuves. Par conséquent, le plus petit signal à observer est la réponse à un muon unique. La charge moyenne des événements est de 50 photoélectrons environ et le taux de comptage de 2 kHz. La gamme dynamique requise pour les mesures est de 2×104. Elle est couverte par la mesure simultanée des signaux d’anode et de dernière dynode amplifiés.

Les calculs ont montré qu’une embase purement résistive satisfait au cahier des charges. Les composants ont été choisis pour avoir une bonne fiabilité (20 années de fonctionnement). Du fait du prix de certains composants, leur valeur a dû être ajustée par des simulations avec Spice sous Analog Workbench de Cadence. La haute tension est produite localement sur l’embase par un module alimenté en 12 Volts. Comme cette tension est produite par des panneaux solaires, l’absorption totale autorisée pour l’embase est au maximum de 500 milliWatts. Ce module d’alimentation haute tension n’existait pas sur le marché. Des prototypes ont été développés par plusieurs entreprises. Parmi elles, SDS et ETL ont répondu aux exigences avec un prix satisfaisant. L’entreprise qui assure la production, ETL, a été choisie à travers une procédure de marché public.

 

Validation de la conception


Signaux embase {GIF}

Signaux mesurés

Le principe de l’amplification sur la dernière dynode pour les signaux de faible énergie a été validé en novembre 2000 par des mesures sur une cuve à Malargüe. Des milliers de signaux ont été enregistrés pour être utilisés dans la chaîne de simulation électronique. La validation de la stabilité de la ligne de base après une grande impulsion a été faite avec un laser à azote excitant un cristal de CsI(Tl).

Des mesures ont été faites avec des tubes photomultiplicateurs pour vérifier la réponse en électron unique (avec une LED pulsée) et la stabilité en température (mesures avec l’enceinte climatique du service).

 

Mesures sur une cuve installée à Orsay

Cuve d'Orsay {JPEG}

Signaux de cuve {GIF}

Du fait de la distance au site expérimental, il a été décidé d’installer une cuve à Orsay pour tester rapidement les embases et étudier la détection pour les étalonnages des simulations faites à Orsay.

Le service RDD a étudié et commandé une cuve qui est depuis 2001 installée à l’IPN d’Orsay. Le plus grand changement par rapport au modèle Auger est le système d’ouverture qui a été modifié pour permettre des accès plus fréquents aux tubes photomultiplicateurs. Son installation a été conçue pour l’étude de la réponse à des trajectoires déterminées de particules. Les photomultiplicateurs sont reliés par 25 mètres de câbles à la pièce de mesures. Cependant, la cuve peut être adaptée pour recevoir et tester toute l’électronique Auger.

L’acquisition de données est faite par un système CAMAC et un oscilloscope numérique piloté par GPIB. Les commandes du GPIB et l’analyse des données est faite par des programmes écrits en C++.

 

Production de 2 500 embases : câblage, cyclage thermique et tests fonctionnels


Banc de test en production {JPEG}

Banc de test chez l’industriel

La production des embases a été assurée par une entreprise extérieure. Après câblage, les embases subissent un cyclage thermique pour détecter les pannes de jeunesse. Il est ensuite procédé à un test fonctionnel. Il inclut la détection des court-circuits, la bonne répartition du diviseur de tension, le test du bon fonctionnement du module de haute tension, la vérification des capacités de couplage par mesure des signaux de sorties suite à l’injection d’impulsions sur les broches d’anode et de dynode. Le banc de test a été développé par l’INFN de Turin, et son programme de pilotage modifié par le RDD pour adaptation à d’autres instruments de contrôle.

Des pré-séries de 170 et 300 pièces ont été faites en 2002 pour valider les procédés de fabrication. Une série de 1 200 pièces a commencé en mars 2003 et s’est terminée en fin d’année 2003. Une dernière série de 850 pièces a été produite en 2004. La production faite en Italie s’est achevée en début 2005.

Contacts : B. Genolini, T. NGuyen Trung

Publications et rapports :

Liens :

Voir en ligne : Site de la collaboration Auger


 

IPN

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

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