Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Objectifs:

Le détecteur Micromégas a été conçu pour la physique autour des accélérateurs et en particulier pour les expériences de très haut flux des particules. L'objectif de cette expérience est d'améliorer la performance, l’efficacité, la robustesse et la tenue à haut flux hadronique des détecteurs équipés avec des détecteurs Micromegas.

La polyvalence du détecteur gazeux Micromegas permet d’imaginer des développements pour des expériences ou des applications dans des domaines très variés. La stabilité et la robustesse de ce détecteur, l’effort fait sur la réduction du bruit de fond (utilisation de matériaux à basse radioactivité, abaissement du seuil de détection), associés à une très bonne résolution en énergie pour les rayons X de basse énergie, ont permis, par exemple, d’apporter une contribution d’importance à l’expérience de recherche d’axions solaires Cast.
La détection de neutrons ou de photons est rendue possible par l’ajout d’un matériau convertisseur en fenêtre d’entrée. Cette évolution peut nécessiter, pour un fonctionnement en environnement hostile par exemple, une conception du détecteur en mode scellé. C’est le cas du projet Piccolo, détecteur de neutrons destiné à être installé dans le cœur d’un réacteur hybride, qui présente la particularité de fonctionner à haute température, ou encore du projet de photo-détecteurs qui impose des conditions de propreté très strictes.

Un nouveau procédé de fabrication, dit « Micromegas bulk », a été mis au point et laisse envisager de nouvelles applications, par la facilité à réaliser de grandes surfaces et des géométries variées (cylindrique par exemple). C’est avec cette technique que le Dapnia a pris en charge la réalisation des plans de lecture des trois TPC (chambres à échantillonnage temporel) de l’expérience T2K, qui seront chacun composés de 12 détecteurs de grande taille (34x36 cm²) disposés en mosaïque (pour réduire les zones mortes).
Dans le cadre du développement d’une grande TPC pour l’ILC, International Linear Collider, un revêtement résistif apposé sur les damiers de détection de 2,3 mm de large a permis d’atteindre une résolution spatiale de 50 µm (collaboration avec l’Université de Carleton, Ottawa).

Dans l’optique de Super-Kabes (expérience NA48, Cern) il est prévu, en diminuant l’espace d’amplification à 25 µm, de réduire le temps de montée du signal à 5 ns pour permettre de fonctionner à 20 MHz par piste.
Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Objectifs:

Le détecteur Micromégas a été conçu pour la physique autour des accélérateurs et en particulier pour les expériences de très haut flux des particules. L'objectif de cette expérience est d'améliorer la performance, l’efficacité, la robustesse et la tenue à haut flux hadronique des détecteurs équipés avec des détecteurs Micromegas.

La polyvalence du détecteur gazeux Micromegas permet d’imaginer des développements pour des expériences ou des applications dans des domaines très variés. La stabilité et la robustesse de ce détecteur, l’effort fait sur la réduction du bruit de fond (utilisation de matériaux à basse radioactivité, abaissement du seuil de détection), associés à une très bonne résolution en énergie pour les rayons X de basse énergie, ont permis, par exemple, d’apporter une contribution d’importance à l’expérience de recherche d’axions solaires Cast.
La détection de neutrons ou de photons est rendue possible par l’ajout d’un matériau convertisseur en fenêtre d’entrée. Cette évolution peut nécessiter, pour un fonctionnement en environnement hostile par exemple, une conception du détecteur en mode scellé. C’est le cas du projet Piccolo, détecteur de neutrons destiné à être installé dans le cœur d’un réacteur hybride, qui présente la particularité de fonctionner à haute température, ou encore du projet de photo-détecteurs qui impose des conditions de propreté très strictes.

Un nouveau procédé de fabrication, dit « Micromegas bulk », a été mis au point et laisse envisager de nouvelles applications, par la facilité à réaliser de grandes surfaces et des géométries variées (cylindrique par exemple). C’est avec cette technique que le Dapnia a pris en charge la réalisation des plans de lecture des trois TPC (chambres à échantillonnage temporel) de l’expérience T2K, qui seront chacun composés de 12 détecteurs de grande taille (34x36 cm²) disposés en mosaïque (pour réduire les zones mortes).
Dans le cadre du développement d’une grande TPC pour l’ILC, International Linear Collider, un revêtement résistif apposé sur les damiers de détection de 2,3 mm de large a permis d’atteindre une résolution spatiale de 50 µm (collaboration avec l’Université de Carleton, Ottawa).

Dans l’optique de Super-Kabes (expérience NA48, Cern) il est prévu, en diminuant l’espace d’amplification à 25 µm, de réduire le temps de montée du signal à 5 ns pour permettre de fonctionner à 20 MHz par piste.
Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Généralités

Thématique et contexte du projet Dans le cadre du programme d'instrumentation du VLT, l'ESO a lancé en 1992 un appel d'offre auprès des laboratoires d'astronomie des pays membres, en vue de la pré-étude d'un instrument dans l'infrarouge thermique (longueur d'onde d'observations : 10 - 20 microns). Le STC (Scientific and Technical Committee) de l'ESO, réuni le 10 février 1995, a approuvé l'instrument Visir et a confié la suite du projet à un consortium franco-hollandais (Dapnia/Astron) dirigé par le CEA/DSM/Dapnia/SAp. Visir se place dans la continuité de l'activité infrarouge du SAp qui a pris son essor en 1985 lorsque le service a pris la maîtrise d'oeuvre de la camera Isocam du satellite ISO (1995-1998).


Localisation Visir est installé au foyer Cassegrain d'un des quatre télescopes du VLT sur le site de l'ESO du mont Cerro-Paranal dans le désert d'Acatama au Chili

Collaboration Visir est le fruit d'une collaboration internationale entre 2 instituts :
Astron, à travers son unité à Dwingeloo, et le CEA, à travers le Dapnia (SAp et SIS).
La contribution du Dapnia représente 66 % du projet.

Objectifs:

Le détecteur Micromégas a été conçu pour la physique autour des accélérateurs et en particulier pour les expériences de très haut flux des particules. L'objectif de cette expérience est d'améliorer la performance, l’efficacité, la robustesse et la tenue à haut flux hadronique des détecteurs équipés avec des détecteurs Micromegas.

La polyvalence du détecteur gazeux Micromegas permet d’imaginer des développements pour des expériences ou des applications dans des domaines très variés. La stabilité et la robustesse de ce détecteur, l’effort fait sur la réduction du bruit de fond (utilisation de matériaux à basse radioactivité, abaissement du seuil de détection), associés à une très bonne résolution en énergie pour les rayons X de basse énergie, ont permis, par exemple, d’apporter une contribution d’importance à l’expérience de recherche d’axions solaires Cast.
La détection de neutrons ou de photons est rendue possible par l’ajout d’un matériau convertisseur en fenêtre d’entrée. Cette évolution peut nécessiter, pour un fonctionnement en environnement hostile par exemple, une conception du détecteur en mode scellé. C’est le cas du projet Piccolo, détecteur de neutrons destiné à être installé dans le cœur d’un réacteur hybride, qui présente la particularité de fonctionner à haute température, ou encore du projet de photo-détecteurs qui impose des conditions de propreté très strictes.

Un nouveau procédé de fabrication, dit « Micromegas bulk », a été mis au point et laisse envisager de nouvelles applications, par la facilité à réaliser de grandes surfaces et des géométries variées (cylindrique par exemple). C’est avec cette technique que le Dapnia a pris en charge la réalisation des plans de lecture des trois TPC (chambres à échantillonnage temporel) de l’expérience T2K, qui seront chacun composés de 12 détecteurs de grande taille (34x36 cm²) disposés en mosaïque (pour réduire les zones mortes).
Dans le cadre du développement d’une grande TPC pour l’ILC, International Linear Collider, un revêtement résistif apposé sur les damiers de détection de 2,3 mm de large a permis d’atteindre une résolution spatiale de 50 µm (collaboration avec l’Université de Carleton, Ottawa).

Dans l’optique de Super-Kabes (expérience NA48, Cern) il est prévu, en diminuant l’espace d’amplification à 25 µm, de réduire le temps de montée du signal à 5 ns pour permettre de fonctionner à 20 MHz par piste.
Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Objectifs:

Le détecteur Micromégas a été conçu pour la physique autour des accélérateurs et en particulier pour les expériences de très haut flux des particules. L'objectif de cette expérience est d'améliorer la performance, l’efficacité, la robustesse et la tenue à haut flux hadronique des détecteurs équipés avec des détecteurs Micromegas.

La polyvalence du détecteur gazeux Micromegas permet d’imaginer des développements pour des expériences ou des applications dans des domaines très variés. La stabilité et la robustesse de ce détecteur, l’effort fait sur la réduction du bruit de fond (utilisation de matériaux à basse radioactivité, abaissement du seuil de détection), associés à une très bonne résolution en énergie pour les rayons X de basse énergie, ont permis, par exemple, d’apporter une contribution d’importance à l’expérience de recherche d’axions solaires Cast.
La détection de neutrons ou de photons est rendue possible par l’ajout d’un matériau convertisseur en fenêtre d’entrée. Cette évolution peut nécessiter, pour un fonctionnement en environnement hostile par exemple, une conception du détecteur en mode scellé. C’est le cas du projet Piccolo, détecteur de neutrons destiné à être installé dans le cœur d’un réacteur hybride, qui présente la particularité de fonctionner à haute température, ou encore du projet de photo-détecteurs qui impose des conditions de propreté très strictes.

Un nouveau procédé de fabrication, dit « Micromegas bulk », a été mis au point et laisse envisager de nouvelles applications, par la facilité à réaliser de grandes surfaces et des géométries variées (cylindrique par exemple). C’est avec cette technique que le Dapnia a pris en charge la réalisation des plans de lecture des trois TPC (chambres à échantillonnage temporel) de l’expérience T2K, qui seront chacun composés de 12 détecteurs de grande taille (34x36 cm²) disposés en mosaïque (pour réduire les zones mortes).
Dans le cadre du développement d’une grande TPC pour l’ILC, International Linear Collider, un revêtement résistif apposé sur les damiers de détection de 2,3 mm de large a permis d’atteindre une résolution spatiale de 50 µm (collaboration avec l’Université de Carleton, Ottawa).

Dans l’optique de Super-Kabes (expérience NA48, Cern) il est prévu, en diminuant l’espace d’amplification à 25 µm, de réduire le temps de montée du signal à 5 ns pour permettre de fonctionner à 20 MHz par piste.
Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Cadre du projet

Le projet BTD s’inscrit dans le cadre d’expériences de spectroscopie des noyaux radioactifs  par rayonnements g et particules légères au GANIL essentiellement avec les faisceaux SPIRAL puis SPIRAL2. Ces expériences ont pour but d’étudier la structure des noyaux exotiques de façon à mieux comprendre les interactions qui lient les protons et les neutrons au sein du noyau et les effets correspondant à différents modes d’excitation. Notamment la variable de l’isospin (nombre de neutrons par rapport au nombre de protons) dans les noyaux exotiques peut prendre des valeurs très grandes par rapport aux isotope(s) stable (s). Cela a permis de mettre en évidence de nouveaux comportements des noyaux, comme le phénomène de halo de neutrons (extension spatiale des neutrons très importante), ou d’agrégation des nucléons (regroupements de nucléons dans un noyau).

Ces détecteurs de faisceau sont une partie de l’ensemble des détecteurs destinés à permettre l’étude des faisceaux exotiques. Ils sont destinés à fonctionner conjointement avec d’autres types de détecteurs comme :

-          EXOGAM pour la détection de rayons  g,

-          MUST, MUST2 pour la détection de particules légères autour de la cible d’interaction

-          VAMOS en tant que spectromètre à grande acceptance, pour la détection et l’identification d’ions lourds de basse énergie.

A plus long terme, les projets AGATA (pour le rayonnement  g) et GRAPA (pour la détection de particules) s’inscrivent comme des développements de ce type d’instrumentation pour les accélérateurs du futur (EURISOL, GSI).

L'Irfu est fortement impliqué dans le développement de ces différents instruments.

Expériences de réactions directes

Les réactions directes sont un mode privilégié d’étude des noyaux radioactifs. On entend ici par « réaction directe » une réaction entre deux noyaux suffisamment brève pour que la connaissance de la cinématique des particules (leur énergie et leur direction) avant et après la réaction puisse donner directement des informations sur la réaction elle-même. Ces mesures permettent de reconstruire les distributions angulaires des sections efficaces de réaction et les spectres en énergie d’excitation des noyaux étudiés qui donnent des informations sur la structure, ainsi que sur les modes de réactions eux-mêmes.

La diffusion, élastique ou inélastique, du projectile sur une cible ou le transfert d’un certain nombre de nucléons entre la cible et le projectile sont des réactions directes.

Les variables d’intérêt pour ces réactions sont  (voir figure 2) :

-          les masses et numéros atomiques des différents ions après réaction,

-          leurs énergies respectives (E_d, E_p),

-          les angles de diffusion des ions (Q_d, Q_p)

Les angles, les masses et les énergies sont reliés par des relations cinématiques connues.

L’identification en masse et charge des ions est assurée par des détecteurs placés autour de ou après la cible. Par exemple MUST2 mesure l’énergie et le temps de vol des particules légères (Z<6) pour les identifier. Le spectromètre VAMOS mesure l’énergie des ions et une perte d’énergie dans une chambre à ionisation pour identifier les ions plus lourds. Les mesures des  énergies des ions sont également prises en charge par ces détecteurs.
La mesure des angles de diffusion nécessite de prendre en compte les caractéristiques des ions du faisceau. En effet, les faisceaux de noyaux exotiques ont une émittance large qui est due à leur mode de production. Non seulement leur ouverture angulaire est importante (quelques degrés), mais leur extension spatiale sur la cible n’est pas négligeable devant la précision des mesures. Ils s’étendent parfois sur plusieurs centimètres carrés. Il est donc indispensable de connaître la trajectoire de chaque ion du faisceau et son point d’impact sur la cible. Pour cela, il suffit de reconstruire en deux points en amont du faisceau les positions de passage de chaque ions du faisceau. Les figures 3 et 4 montrent les lignes cinématiques reconstruites à l’aide de deux détecteurs CATS pour une réaction de diffusion d’un faisceau de ¹¹C sur une cible de protons. La figure a) montre le résultat avec une reconstruction des trajectoires des ions du faisceau, la figure b) sans cette reconstruction. Les lignes claires qui apparaissent sur la figure 3 sont complètement brouillées par l’émittance du faisceau dans la figure 4.

Enfin, il est important que les détecteurs de faisceau puissent donner un signal rapide, ce qui permet de déterminer les temps de vol des ions avec précision. Ce signal peut également être utilisé comme référence en temps et servir de déclencheur de la détection, afin de normaliser les données recueillies par rapport au flux d’ions incidents.

Objectifs:

Le détecteur Micromégas a été conçu pour la physique autour des accélérateurs et en particulier pour les expériences de très haut flux des particules. L'objectif de cette expérience est d'améliorer la performance, l’efficacité, la robustesse et la tenue à haut flux hadronique des détecteurs équipés avec des détecteurs Micromegas.

La polyvalence du détecteur gazeux Micromegas permet d’imaginer des développements pour des expériences ou des applications dans des domaines très variés. La stabilité et la robustesse de ce détecteur, l’effort fait sur la réduction du bruit de fond (utilisation de matériaux à basse radioactivité, abaissement du seuil de détection), associés à une très bonne résolution en énergie pour les rayons X de basse énergie, ont permis, par exemple, d’apporter une contribution d’importance à l’expérience de recherche d’axions solaires Cast.
La détection de neutrons ou de photons est rendue possible par l’ajout d’un matériau convertisseur en fenêtre d’entrée. Cette évolution peut nécessiter, pour un fonctionnement en environnement hostile par exemple, une conception du détecteur en mode scellé. C’est le cas du projet Piccolo, détecteur de neutrons destiné à être installé dans le cœur d’un réacteur hybride, qui présente la particularité de fonctionner à haute température, ou encore du projet de photo-détecteurs qui impose des conditions de propreté très strictes.

Un nouveau procédé de fabrication, dit « Micromegas bulk », a été mis au point et laisse envisager de nouvelles applications, par la facilité à réaliser de grandes surfaces et des géométries variées (cylindrique par exemple). C’est avec cette technique que le Dapnia a pris en charge la réalisation des plans de lecture des trois TPC (chambres à échantillonnage temporel) de l’expérience T2K, qui seront chacun composés de 12 détecteurs de grande taille (34x36 cm²) disposés en mosaïque (pour réduire les zones mortes).
Dans le cadre du développement d’une grande TPC pour l’ILC, International Linear Collider, un revêtement résistif apposé sur les damiers de détection de 2,3 mm de large a permis d’atteindre une résolution spatiale de 50 µm (collaboration avec l’Université de Carleton, Ottawa).

Dans l’optique de Super-Kabes (expérience NA48, Cern) il est prévu, en diminuant l’espace d’amplification à 25 µm, de réduire le temps de montée du signal à 5 ns pour permettre de fonctionner à 20 MHz par piste.
Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Enfin, le couplage de Micromegas avec une puce Medipix2/Timepix (en collaboration avec le Cern à Genève et Nikhef à Amsterdam) a été réalisé et ouvre la voie d’une granularité 3D très fine. Dans cette lignée, les premiers essais d’un Micromegas intégré sur silicium (InGrid) se sont avérés très prometteurs.

Le détecteur MUSETT a été conçu et réalisé par une collaboration de physiciens de l'IRFU (ex-DAPNIA) et du GANIL. L'IRFU avait la responsabilité de ce projet visant à construire un nouvel ensemble de détection pour l’étude de noyaux très exotiques.
Couplé avec le spectromètre magnétique VAMOS et avec le multidétecteur gamma EXOGAM, MUSETT (Mur de Silicium pour l’Etude des Transfermium par Tagging) permet de réaliser la spectroscopie de nouveaux noyaux exotiques lourds et superlourds (Z>100) jusqu'à présent inaccessibles.
Les performances de VAMOS et d’EXOGAM sont idéales et uniques pour de telles études, mais il est indispensable de disposer d’un outil de détection permettant d’utiliser la technique d’étiquetage par décroissance (Recoil Decay Tagging). De plus, ce détecteur, complété par une chambre d’ionisation et par une chambre à dérive, permettra également l’identification en charge et en masse de produits de réaction plus légers.