Détecteurs MicroMegas pixellisés pour le tracker COMPASS
Détecteurs MicroMegas pixellisés pour le tracker COMPASS

Détecteur pixelMM hybride: insertion d'une feuille de GEM au dessus de la micromesh.

Motivations du projet pixelMM

La collaboration COMPASS a complété son programme initial en 2011. Durant cette phase I, 12 détecteurs MicroMégas de 40x40 cm2 de surface active étaient partie prenante du trajectographe, et soumis à un des plus hauts flux de toute l'expérience, car installés devant le premier spectromètre d'analyse magnétique et donc non protégés du haut flux de bruit de fond éléctromagnétique crée dans la cible. Ces détecteurs ont parfaitement rempli leur rôle de 2002 à 2011.

Néanmoins, deux limitations inhérentes à leur design nous on conduit à envisager de les remplacer pour la phase II de COMPASS. D'une part, à cause d'un taux de décharge important à haut flux de part la technologie utilisée, nous avons du désactiver une zone centrale de 5 cm de diamètre par laquelle passe le faisceau, ce qui empêche la reconstruction des muons diffusés à très petit angle, très utiles pour l'étude des petits x, tant pour la physique du spin que pour les GPD. D'autre part, ces décharges pourront également être pénalisantes en cas de montée en intensité, surtout pour des faisceau de hadrons.

La solution proposée est d'équiper la zone centrale de pixels, ce qui permet déjà de réduire la densité de flux par élément actif, et d'éliminer les décharges soit en ajoutant une feuille de GEM comme pré-amplificateur (hybride), soit en implémentant des couches résistives sur les strips (resistifs).

 
Détecteurs MicroMegas pixellisés pour le tracker COMPASS

Layout d'un prototype de pixelMM équipé de strips (gauche) et de pixels sur la zone centrale (droite)

Conception et réalisation

Le design final des pixelMM est basé sur l'implémentation de pixels rectangulaires dont la taille est optimisée pour assurer un flux maximal de 200 kHz par pixel: 0.4x2.5 mm2 au centre, et 0.5x6.25 mm2 sur la périphérie. Le reste de la surface active de 40x40 cm2 est couverte de strips de 20 cm de long et de 400 um de large (comme sur les MM existants). L'épaisseur de matière du détecteur est à peine plus grande que les anciens (0.32 %X0 vs. 0.29 %X0).

2x1280 voies d'électronique sont nécessaires pour lire les 1280 strips et les 1280 pixels. Une nouvelle électronique intégrée basée sur des chips APV éveloppés à l'Université Technique de Munich a été développée au SEDI. Ceci permet de miminimiser la production de chaleur, ainsi que le nombre de concentrateurs nécessaires pour lire tous les détecteurs. A cette fin, un système de lecture hautement multiplexé est utilisé.

 

Performances des prototypes réalisés

Trois propotypes basés sur ce design ont été testés en faisceau en 2012.

-deux du type hybride (avec feuille de GEM comme pré-amplificateur) pour minimiser les décharges, dont un fabriqué au CERN, et un par le nouveau partenaire industriel ELVIA.

-un de type resistif avec implémentation de résistances enterrées sous les strips pour écouler les décharges.

Les deux technlogies se sont montrées complètement immunes aux décharges.

Ces deux types de détecteurs ont montrés des caractéristiques en résolution spatiale aussi bonne que les anciens (autour de 80 um) dans la zone des strips, et du même ordre dans la zone nouvellement équpées des pixels, ce malgré le passage du faisceau à travers cette zone.

Néanmoins, seule la solution hybride permet d'obtenir une résolution temporelle de 10 ns comme les anciens. Les résisitifs ont quant à eux montré une résolution inexpilquée à ce jour de 30 ns, ce qui est rédhibitoire pour permettre de rejeter les traces fortuites. La solution retenue pour COMPASS-II est donc d'utiliser la solution hybride.

Des versions finales avec la bonne taille de PCB sont en cours de réalisation chez ELVIA, et seront caractérisées en détail début 2014.

 

Maj : 19/12/2017 (3415)

 

Retour en haut