Aucun titre de diapositive

1
Etude des signaux et de la diaphonie intrinsèque
dun module du détecteur de pied de gerbe du LHCb
LANGON Renaud IUP  Génie des Systèmes
Industriels  option  Physique et Technologie
des Rayonnements 
Soutenance 8 juillet 2002 Laboratoire de
Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand
2
PLAN DE LEXPOSÉ

• Présentation du stage
• léquipe LHCb du LPC
• le futur accélérateur LHC
• le détecteur LHCb - détail du détecteur de pied
  de gerbe
• Le banc de test
• La chaîne de mesure
• La forme temporelle des signaux - coefficients
  caractéristiques
• Etude dun module de 16 cellules
• Etude temporelle des signaux
• Le dispositif de léquipe ALICE du LPC
• Résultats de létude temporelle
• Mesure de la diaphonie intrinsèque du module
• Principe du dispositif de mesure

3
PRESENTATION DU STAGE
4
Le Laboratoire de Physique Corpusculaire
Rattaché au département IN2P3 du CNRS et à
lUniversité Blaise Pascal de Clermont-Ferrand
Directeur Bernard Michel Directeur adjoint
Jean Castor
Physique des quarks et des leptons ALEPH - ATLAS
- LHCb Physique Hadronique Sonde
électromagnétique Physique des ions lourds
NA50-60 - ALICE - FOPI - PHENIX Physique
appliquée Thermoluminescence - Générateur de
neutrons Activités pluridisciplinaires
Biomatériaux - Bio-informatique - Imagerie
médicale Physique théorique Structure des hadrons
- Astrophysique - Etudes pluridisciplinaires Servi
ces techniques Informatique - Mécanique -
Electronique - Micro-électronique
LEQUIPE LHCb DU LPC Responsable Equipe LHCb au
LPC Pascal Perret, chargé de recherches
Membres permanents Olivier Deschamps, maître
de conférences Ziad Ajaltouni,
professeur Stéphane Monteil, maître de
conférences Cristina Cârloganu, chargée de
recherches Pierre Henrard, professeur Vincen
t Breton, chargé de recherches ainsi que certains
membres des services micro-électronique,
informatique et mécanique. Une doctorante, un
A.T.E.R et cinq stagiaires .
5
Le futur anneau LHC au CERN et ses quatre grands
détecteurs
6

• un détecteur de vertex
• trajectoire des particules au voisinage du point
  d interaction
• onze détecteurs de traces - T1 à T11
• trajectoire des particules chargées
• deux compteurs RICH
• détection de lumière Cherenkov - identification
  des particules
• un système calorimétrique composé de
• un système de détection de pied de gerbe - SPD /
  PS
• un calorimètre électromagnétique - ECAL
• un calorimètre hadronique - HCAL
• cinq chambres à muons - M1 à M5

7
Le détecteur de pied de gerbe
Composition une couche de scintillateurs (SPD)
- 15mm dépaisseur une couche de plomb -
12mm dépaisseur - 2X0 une couche de
scintillateurs (PS) - 15mm dépaisseur Vise à
caractériser la nature électromagnétique des
particules (photons - électrons) Les tuiles
scintillantes sont de différentes tailles
8
Une fibre à décalage de longueur donde est
enroulée dans chaque tuile scintillante
Les tuiles scintillantes sont regroupées par 16
dans des modules
9
Lélectronique du détecteur lira les données à
une fréquence de 40 Mhz. Les effets combinés de
la scintillation dans les cellules et du
transport dans les fibres font que le signal de
sortie sétale sur plus de 25ns

• nécessité détudier la forme temporelle des
  signaux.

10
LE BANC DE TEST
11
Validation de la chaîne de mesures Tests sur une
cellule isolée de taille 4x4 cm² Coïncidences
sur des particules cosmiques (chargées).

• Acquisition de loscilloscope lorsque les 4
  scintillateurs sont en coïncidence.
• Un programme Labview sous Windows permet de
• piloter loscilloscope par bus GPIB
  (acquisition, transformation/lecture des
  données...)
• piloter la haute tension par bus RS-232

12
Forme temporelle des signaux - différents signaux
issus de PM

• Lanalyse des signaux se fait par un programme en
  langage Fortran
• on calcule le piédestal (bruit électronique)
  moyen des signaux.
• on fait la moyenne de tous les signaux
  (amplitude et intégrale) sans piédestal.
• on détermine linstant où le front de montée
  samorce (noté t0) en moyenne.
• on découpe léchelle temporelle en intervalles
  de 25ns, à partir de t0 .

13
Détermination des coefficients caractéristiques
Si on note In la valeur de lintégrale du signal
sur le nième intervalle de 25 ns Le coefficient
alpha vaut an In1 / In Il sert de référence
pour lélectronique de mesure afin dextrapoler
deux signaux consécutifs. Le coefficient bêta
vaut ßn In / Itot Il sert dindication pour
les calculs de précision sur la mesure.
Exemple de tracé de la valeur alpha pour une
cellule 4x4 La visualisation des analyses se fait
à laide de paw Le système fonctionne.
14
Dispositif de coïncidences de léquipe ALICE du
LPC
Deux plans de 2x3 PM-scintillateurs
9x9 possibilités Le module à étudier est placé à
lintersection des PM sélectionnés pour le
déclenchement Un taux de 1 coïncidences par
seconde réduit à environ 1/minute (choix de 4 PM
seulement) Fenêtre dacquisition de 200ns pour
observer la décroissance du signal.
15
(No Transcript)
16
PREMIERS RESULTATS
Coefficients bêta de la cellule n7 du module
(1000 échantillons)
20.8
69.5
4.7
2.0
17
Premiers Résultats (suite)
Valeurs moyennes accompagnées de lécart-type de
lajustement par une gaussienne  C7  a1
26.4 9.80 a 2 19.9 15.9 a 3 37.7 37.9 a
4 52.9 41.9 C8  a1 25.8 10.3 a 2
20.0 11.4 a 3 37.1 41.8 a 4 54.3
55.1 C10  a1 24.6 10.3 a 2 21.9 15.7 a
3 33.7 32.2 a 4 50.6 36.0 C12  a1
24.9 11.6 a 2 21.1 13.7 a 3 40.8 46.7 a
4 55.7 72.5 C7  ß1 69.1 15.2 ß2
20.5 20.5 ß3 4.9 5.0 ß4 2.1 4.6 C8 
ß1 72.6 8.4 ß2 19.2 6.0 ß3 4.5
2.9 ß4 1.6 2.3 C10  ß1 72.3 9.1 ß2
18.7 5.8 ß3 4.2 3.7 ß4 2.5 3.7 C12 
ß1 71.7 8.5 ß2 18.9 6.6 ß3 4.7
3.3 ß4 2.2 2.8
Dans le cas idéal, le front de montée est
infiniment court On est alors dans le cas dune
simple exponentielle décroissante ß2 (1 - ß1)
ß1 , donc a1 1 - ß1 a2 a3 ai
18
Mais ! On est en présence dun front de montée
qui modifie la valeur de a1 La rupture constatée
dans les valeurs de a3 et a4 dénote la présence
dune seconde exponentielle décroissante située
50 à 75ns après le début du front de montée
Cellule 7
Cellule 8
-0.67 10-1
-0.66 10-1
-0.44 10-1
-0.38 10-1
Cellule 10
Cellule 12
-0.66 10-1
-0.6610-1
-0.39 10-1
-0.42 10-1
19
Le fait de lire lensemble des fibres peut être
gênant
20
MESURES DE DIAPHONIEA LAIDE DUNE DIODE BLEUE
PULSEE
21
Mesure de la diaphonie intrinsèque du module -
Schéma de principe
22

• Etanchéité du module
• Pas de papier à lendroit de limplantation de
  la diode.
• Fils dalimentation des diodes dégrade
  lisolation.
• Cache-fibres doit être serré au masque de
  lecture.
• Tests détanchéité du module - impulsions de
  diode Haute Intensité.

23
Résultats
Cellule de référence
Cellules ayant un côté commun les plus exposées
Cellules  diagonales  peu exposées

• Résultat important la diaphonie ne dépend PAS
  de l amplitude du signal.
• Des tests de diaphonie avec de particules
  cosmiques sont inenvisageables.

24
CONCLUSION ET PERSPECTIVES

• Etude temporelle des signaux
• Coefficients ß successifs 70 - 20 - 5
• compatibles avec les faisceaux-test précédents
• Homogénéité des cellules pour le coefficient a1
  25 à 27
• loi exponentielle a1 ( 1 - ß1 ) vérifiée
• Mais...
• Valeurs moyennées par les gerbes
• tests systématiques sur le module à faire avec
  le cache-fibres (fin du stage).
• Présence dune seconde exponentielle
• tests de lecture directe sur les fibres WLS dans
  le futur ?
• Etude de la diaphonie
• la communication se fait essentiellement sur les
  cellules ayant un côté commun
• les valeurs maximales atteignent 2 à 3 non
  négligeable (diaphonie PM 10)