Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

AGATA (Advanced GAmma Tracking Array) est un spectromètre gamma de nouvelle génération faisant suite aux detecteurs Euroball et EXOGAM.

Site officiel d'Agata
 

Objectifs:

Le projet AGATA a pour but de construire un spectro­­mètre gamma 4Pi d'une nouvelle génération constitué entièrement de détecteurs Germanium. Ces détecteurs multi-segmentés sont sensibles à la position de l'interaction des rayons gamma et permettent ainsi d'obtenir une reconstitution de traces, concept nouveau en spectro­scopie. Ce spectromètre ultime, d'une efficacité et d'une sensitivité inégalées, est adapté aux conditions expérimentales extrêmes de la prochaine génération d'accélérateurs d’ions radioactifs, comme par exemple SPIRAL2 au GANIL, FAIR à GSI et EURISOL, ainsi qu'aux accélérateurs d'ions lourds de très forte intensité à basse énergie (aux alentours de la barrière coulom­bienne).

 Contexte: 

La communauté des physiciens nucléaires prépare le prochain grand enjeu en spectroscopie gamma, AGATA un multidétecteur gamma de nouvelle génération basé sur la technique du « tracking gamma ». Dans sa phase finale AGATA sera constitué de 180 détecteurs Germanium. Aujourd’hui, une grande collaboration Européenne est en train de finaliser la dernière phase de R&D mettant en œuvre un démonstrateur pour valider la technique afin qu’une éventuelle décision sur sa construction puisse être prise. Plus de 40 laboratoires dans huit pays Européen prévoient un investissement de près d'environ 6 M€ pour cette phase de démonstration.

Localisation:

AGATA est un détecteur “nomade“ qui aura vocation à être utilisé sur les nouvelles installations européenne (2010-2015): Spiral2, Fair, Eurisol. La première phase, le démonstrateur d'AGATA, sera accueillie sur trois sites différents: LNL (2009/10), GANIL (2010/11), GSI (2011/12).

Contribution  de l'Irfu (scientifique et technique)

Les contributions

L'Irfu est fortement impliqué dans la vérification des détecteurs germanium, leur intégration en triplet, le développement de l'infrastructure (basse et haute tension, cryogénie) ainsi que le contrôle commande. Il participe également à l’achat du triplet français. Il a notamment en charge l’étude et la fabrication de modules haute tension dans un espace restreint, réalisés dans le but d'améliorer la résolution en supprimant la distance de câblage.

L'Irfu a a aussi initié avec l’IPNO une R&D sur la cryogénie en remplacement des Dewars.

Pour la phase de construction, l'Irfu est déja impliqué dans la réception pour validation des détecteurs et va devenir un des sites d'intégration des triplets.  

 Ampleur du projet

Le projet Agata est dans une phase de construction d’un démonstrateur dont l’ampleur est telle qu'il doit être associé à un programme de physique dans différents laboratoires Europeens

Contacts:

Christian VEYSSIERE

Julien PANCIN

Position sensitivity of the AGATA prototype crystal analyzed using a database of calculated pulse shapes

The concept of the AGATA spectrometer is based on a shell of closely packed tapered hexagonal HPGe detectors that allow the tracking of individual gamma rays, i.e. the reconstruction of the paths of interactions of each gamma ray. The needed position sensitivity is achieved by an electrical segmentation of the outer contact into 36 individual segments. This is accomplished with six longitudinal boundaries lying on the flat surface of the taper and five transverse boundaries. While all charge generated in a single interaction will be finally collected at a single electrode, the drift of electrons and holes through the crystal can induce charge signals on multiple electrodes. At the end of the charge collecting process the neighboring electrodes that see transient induced signals will not have collected any net charge. The position of an interaction can be determined by means of a pulse shape analysis (PSA). The radial position is mainly reflected by the rise time of the net charge signal, whereas the azimuthal position and the depth can be determined by analyzing the size and polarity of the transient signals in adjacent segments. Two databases of simulated pulse shapes have been generated for crystals that differ slightly in the depth of the transverse segmentation. This was aimed at finding the segmentation depth that results in the best overall position sensitivity. The following geometry was used for the crystal: a regular hexagonal shape of 90 mm length and 40 mm radius at the back with an tapering angle of 10 deg. The radius of the central contact was 5 mm with a depth of 74 mm. The two segmentations in depth used were (from front to back) segmentation 1: 6, 10, 18.5, 18.5, 18.5 18.5 mm, and segmentation 2: 10, 10, 17.5, 17.5, 17.5, 17.5 mm. The databases are available to everyone in the gamma-ray tracking community. If you are interested in working with the database, please contact A. Gorgen. The relative position sensitivity in the different parts of the crystal has been analyzed by comparing differences in the pulse shapes for interactions taking place 1 mm apart. The results of this study are summarized in a report. The relative position sensitivity in the crystal is visualized there in two-dimensional maps slicing the crystal along various axes. An example of such a sensitivity map is shown above. Red areas indicate regions of excellent sensitivity, while the regions with poorer sensitivity appear blue. The best position sensitivity is achieved near the segment borders, which are clearly visible and differ from the geometrical segment borders because the crystal is not truly coaxial.

Many thanks to Thorsten Kröll, TU München, for his help in the simulations of the pulse shapes. More information on Pulse Shape Analysis can be found on the TU München PSA page.

Collaboration internationale:

La collaboration AGATA est Européenne avec la représentation de 12 pays à travers la participation de plus de 40 Laboratoires (JRA EURONS, PCRD6). Six pays financent plus particulièrement le projet : L’Allemagne, la France, l’Italie, le Royaume Uni. la Suede et la Turquie.

Historique et principaux jalons

MoU pour la construction d'un demonstrateur d'AGATA (signé en 2003)

Construction du démonstrateur (2003 - 2008)

Début des études pour un module électronique régulateur d'alimentation haute tension (capable de monitoring à distance à partir d'une interface graphique): 2006

Début de la fabrication du module électronique régulateur d'alimentation haute tension, à installer dans les triplets: 2007

Commissioning du démonstrateur a Legnaro (Italie) fin 2008

Faits marquants

Récéption des trois détecteurs germanium francais (fin 2006)

Installation du laboratoire des détecteurs Germanium au SEDI (printemps 2007)

Récéption de 3 modules Haute tension (septembre 2008)

Etat de l'expérience

 -Commissioning du démonstrateur à Legnaro (Italie) prévu fin 2008

 -Actuellement, 2 triplets sont prêts, dont un qui est installé à Cologne

 -Trois modules haute tension fabriqués dans un volume restreint, réalisés dans le but d'améliorer la résolution, ont passé avec succès les tests à l’université de Cologne.

-Août 2009 : Démonstrateur opérationnel à Legnaro

 -Un premier lot de 12 modules est prévu dans un avenir proche, avant d'en fournir beaucoup plus.

- Fin d’installation du démonstrateur à Legnaro (cryogénie, basses tensions, hautes tensions,contrôle-commande)
 

Perspectives

Un des buts actuels est de valider l’inter-connectivité et la communication en Profibus DP des 12 modules haute tension.

MoU pour la construction de la premiere phase du spectrometre (AGATA-1Pi) prévu en 2008

La prise de données est prévue à partir de 2009

Construction d'AGATA-1Pi (2009-2011) et du spectrometre complet (2012-2016)

Le projet AGATA (“Advanced GAmma Tracking Array”) a pour but de construire le spectro­mètre gamma "ultime", d'une efficacité et sensitivité inégalées, qui est dédié à la prochaine génération d'accélérateurs d’ions radioactifs, comme par exemple les projet SPIRAL2, Eurisol et FAIR, ainsi qu'aux accélérateurs d'énergie aux alentours de la barrière coulom­bienne de très forte intensité. Le programme de physique accessible avec AGATA est par consequence tres vaste. Les physiciens du SPhN sont particulairement interesse par la spectroscopie des noyaux tres eloigne du vallee de la stabilite et ceux proches de l'ilot des noyaux superlourds.