2.1.4 Système d’acquisition des données
Les données de cette expérience ont été obtenues à l’aide du système d’acquisition numérique Faster [67] développé au LPC Caen. Ce système permet de numériser di-rectement les signaux en sortie des détecteurs (ou en sortie des préamplificateurs pour les diodes silicium) et de les traiter numériquement au travers de cartes électroniques contenant des FPGA (Field Programmable Gate Arrays). Ces cartes permettent de re-produire le traitement effectué par les modules d’une chaîne d’acquisition analogique, comme le réglage des seuils de détection ou l’application de filtres passe-bas au signal. Une fonctionnalité notable est le rétablissement automatique de la ligne de base du si-gnal, permettant une meilleure précision sur la mesure d’amplitude ou de charge des signaux.
Chaque carte Faster utilisée présente quatre entrées : deux de type ADC (Ampli-tude to Digital Converter) et deux de type QDC (Charge to Digital Converter). Les entrées ADC ont été utilisées pour mesurer l’amplitude du signal en sortie des préampli-ficateurs pour les diodes silicium et le moniteur faisceau. Les convertisseurs de type QDC permettent l’intégration de la charge d’un signal court (d’une durée inférieure à 32 µs) et ont été utilisés en sortie des PM associés aux scintillateurs plastiques. Faster permet ensuite d’utiliser différentes portes d’intégration en temps sur un même signal. Une fois ces données numérisées, elles sont envoyées à l’ordinateur par paquets synchronisés en temps. Toutes les cartes sont ensuite connectées à une carte mère assurant une horloge commune pour tous les signaux mesurés.
Les événements sont ensuite reconstruits à partir du déclenchement du détecteur silicium épais (la mesure dans cet étage est essentielle à l’identification de la particule, voir section 2.3). Une fenêtre de coïncidence en temps est ensuite définie (±500 ns) et les données des autres étages du télescope présentes dans cette fenêtre sont récupérées, si elles existent, créant ainsi un événement corrélé.
2.2 Étalonnage du moniteur faisceau
Comme expliqué précédemment, le dispositif choisi pour évaluer l’intensité du fais-ceau au cours du temps est un détecteur Si(Li) permettant de compter les photons X émis par une feuille d’argent lorsqu’elle est traversée par les ions du faisceau. Le nombre de photons émis est proportionnel au nombre d’ions carbone qui traversent la feuille et permet ainsi d’estimer le nombre d’ions incidents. Afin d’étalonner ce dispositif, un scin-tillateur plastique couplé à un PM placé dans le faisceau, en aval du détecteur Si(Li) a été utilisé en référence. L’étalonnage va consister à trouver la relation liant le nombre d’ions comptés par le scintillateur plastique et le nombre de photons comptés par le Si(Li). Pour cela, plusieurs mesures ont été effectuées en utilisant des basses intensités faisceau (de 104pps à 5 · 106pps) afin d’éviter la saturation dans le scintillateur plastique. L’éta-lonnage sera ensuite extrapolé à plus haute intensité. La validité de cet étaL’éta-lonnage à plus haute intensité a été vérifiée lors des précédentes expériences à 95 MeV/n [63,64]. Durant l’expérience, la mesure de l’intensité faisceau n’a pas été corrigée des pertes d’ions inci-dents par fragmentation dans la cible (moins de 0,1 % des ions inciinci-dents) ni du nombre de particules autres que le carbone interagissant dans la feuille d’argent (moins de 0,01 %) car leur proportion est négligeable devant l’erreur sur l’intensité mesurée. Ces valeurs ont été obtenues par simulation.
2.2.1 Taux de comptage dans les détecteurs
Pour effectuer cet étalonnage, il faut commencer par évaluer le taux de comptage dans le scintillateur plastique. Lorsque l’intensité du faisceau augmente, le nombre d’ions moyen par « paquet faisceau » augmente. Cet empilement d’ions traversant le détecteur simultanément implique l’apparition de plusieurs pics équidistants sur le spectre en éner-gie du détecteur plastique, correspondant à l’éneréner-gie déposée par un ion, deux ions, n ions etc. . . Ce phénomène est observable sur la figure 2.4. Il est alors important de prendre cet effet en compte lors du comptage des ions sur ces spectres, en pondérant la statistique de chaque pic par le nombre d’ions associé :
NPlastique=X
i
i× Ni ions, (2.4)
avec i le nombre d’ions au sein d’un paquet et Ni ions le taux de comptage dans le pic associé à un paquet de i ions.
La deuxième étape de cet étalonnage est l’établissement du taux de comptage dans le détecteur Si(Li). Le passage d’une particule au travers de la feuille d’argent va avoir pour conséquence d’ioniser ou d’exciter les atomes la constituant. Le cortège électronique de ces atomes va ensuite se réarranger et conduire à l’émission de rayonnements X de différentes énergies correspondant aux différentes transitions électroniques. Les rayonne-ments les plus abondants correspondent aux raies Kα1 et Kα2 (22,16 keV et 21,99 keV) ainsi qu’aux raies Kβ1 et Kβ2 (24,94 keV et 25,46 keV). Ces raies sont visibles sur le spectre montré en figure 2.5, sur lequel les deux raies Kα sont confondues.
Mesurer le taux de comptage du détecteur revient alors à calculer l’aire de ces deux pics. Le nombre total NX de rayonnements X comptés est donc égal à :
NX= NKα+ NKβ, (2.5)
où NKα et NKβ représentent le taux de comptage dans le premier et deuxième pic, respectivement. Plusieurs méthodes ont été testées pour estimer la contribution du bruit de fond à l’aire de ces pics. Finalement, quelque soit la méthode utilisée, la différence sur la valeur de l’aire avec et sans suppression de bruit de fond se situait entre 0 % et 1,3 %. Le choix a été fait de ne pas supprimer le bruit de fond, mais d’ajouter de manière quadratique 1,3 % d’erreur à l’erreur statistique sur l’aire des pics :
σtot(NX) =qσstat(NX)2+ (0,013 × NX)2, (2.6) où σstat(NX) représente l’erreur statistique sur ce comptage et σtot(NX) l’erreur totale.
2.2.2 Étalonnage du détecteur
L’étalonnage du moniteur faisceau revient à trouver la relation linéaire entre les va-leurs mesurées avec le Si(Li) et celles mesurées avec le scintillateur plastique. La figure 2.6 représente les valeurs d’intensité dans le scintillateur plastique en fonction de celles dans le Si(Li) et un ajustement linéaire effectué sur ces données. Les coefficients d’étalonnage
a et b ainsi que leurs incertitudes respectives sont également visibles sur cette figure.
L’incertitude sur ces coefficients permettra alors de calculer l’incertitude sur l’intensité faisceau au cours de l’expérience. Cette valeur était en général de l’ordre de 2 %.
2.2. Étalonnage du moniteur faisceau Charge (Canal) 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Nombre de coups 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10
N1 ion N2 ion N3 ion N4 ion
N5 ion N6 ion
Figure 2.4 – Spectre en énergie du scintillateur plastique utilisé pour l’étalonnage du moniteur faisceau. Le premier pic correspond à l’énergie incidente d’un ion carbone et les suivants à l’empilement de plusieurs ions. Les lignes verticales indiquent les limites utilisées pour compter le nombre d’ions dans chaque pic.
E Si(Li) (Canal) 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 Nombre de coups 2 10 3 10 4 10 5 10 Kα Kβ
Figure 2.5 – Spectre en énergie du détecteur Si(Li). Le premier pic contient les raies
Kα1 et Kα2, que la résolution du détecteur ne permet pas de séparer. Le deuxième pic contient les deux raies Kβ1et Kβ2, quasiment confondues elles aussi. Les lignes verticales indiquent les limites utilisées pour compter le nombre de rayonnements X dans chaque pic.
)
-1
Intensité dans le Si(Li) (s
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
)
-1
Intensité dans le plastique (s
0 1