Des détecteurs aux systèmes d’acquisition

Deux systèmes d’acquisition ont été utilisés pour cette mesure de temps de vie (cf. figure 43). Après un amplificateur rapide (FTA820 Ortec), les signaux sont dupliqués au moyen d’un splitter passif. Les signaux sont alors distribués d’une part sur une acquisition NARVAL fournie par GANIL (non décrit dans ce document), et d’autre part sur l’acquisition FASTER. Néanmoins, le but premier étant de surveiller la stabilité des tubes photomultiplicateurs, tous les signaux logiques devant être acquis par le système NARVAL ont aussi été acquis par FASTER. Cela permettait de synchroniser les informations utiles pour la vérification des gains des PM avec les signaux logiques acquis par NARVAL.

figure 43 : Représentation des chaînes d’acquisition. L’acquisition FASTER ac cepte directement les signaux analogiques

III.2.2.1 Chaîne d’acquisition GANIL

La chaîne d’acquisition GANIL ne fait pas l’objet de cette étude, donc elle ne sera que brièvement décrite. Son schéma simplifié est présenté sur la figure 44 ci-après :

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figure 44 : Chaîne d’acquisition GANIL, basée sur l’utilisation d’échelles de comptages. Exemple d’acquisition des voies provenant de PM1 et PM2.

Après le splitter, le signal provenant de chaque tube photomultiplicateur est amplifié, puis attaque un discriminateur à seuil. Plusieurs seuils ont été testés (90 mV, 100 mV, 110 mV) afin de pouvoir choisir pendant l’analyse la meilleure configuration. Un module Gate&Delay (Lecroy 222N), positionné juste après, permet d’agrandir la largeur du signal sortant du discriminateur à un signal de 10 ns. Les signaux provenant de PM1 et PM2, ainsi que ceux provenant de PM3 et PM4 sont mis en coïncidence avant d’être comptés par une échelle de comptage 100 MHz (module « Scaler »).

En parallèle des signaux de physique, un Pulser a été installé pour mesurer le temps mort du système.

III.2.2.2 Chaîne d’acquisition FASTER

Puisque le traitement du signal est intégré dans l’acquisition FASTER, les signaux d’entrée de FASTER sont directement les signaux analogiques amplifiés provenant des tubes photomultiplicateurs (via le splitter passif).

Dans cette expérience, l’acquisition FASTER est composée d’un châssis µTCA comprenant trois cartes mères. Chaque carte mère dispose de deux cartes filles CARAS.

Pour traiter les signaux provenant des tubes photomultiplicateurs, nous utilisons, pour cette expérience, le MnM prototype QTDC, non encore distribué aux utilisateurs. Ce module, comme nous l’avons déjà expliqué au chapitre II.2.2, détecte l’arrivée d’un événement, calcule sa charge seuil à seuil et envoie les informations de date, charge…, appelées aussi informations DSP, vers un ordinateur via une connexion Ethernet Gigabit. Le MnM envoie aussi les informations STAT de comptages, équivalentes aux comptages que fournit une échelle de comptage.

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un seuil Strig sur front montant, jusqu’à ce qu’il franchisse à nouveau ce seuil sur front descendant. Le seuil Strig est évidemment choisi le plus proche possible du bruit électronique pour que la charge soit correctement calculée. Cependant, si le seuil est très petit, le MnM déclenchera surtout sur du bruit électronique. Il est alors nécessaire de proposer un deuxième seuil de validation Smin : les informations calculées sont acquises seulement si l’amplitude du signal a dépassé ce deuxième seuil. Les avantages de ce MnM prototype sont multiples : il permet d’avoir une mesure plus juste de la charge totale en cas d’empilement d’impulsions, mais aussi il peut détecter un nouvel événement 2 ns après la fin du précédent. Un temps mort peut être choisi, mais cette fonction n’a pas été utilisée. Comme tous les MnM de FASTER gérant les cartes CARAS et MOSAHR, il est doté d’un module de restauration de ligne de base (BLR) qui, comme son nom l’indique, ramènera au plus vite (selon le choix de la fréquence du filtre passe-bas du module) la ligne de base au niveau de référence 0 mV. Ainsi, les réglages principaux des voies détectant les événements en provenance de chaque photomultiplicateur sont résumés le tableau 3 ci-dessous :

Seuil de calcul des charges Strig 3 mV

Seuil de validation des charges Smin 30 mV pour PM1, 40 mV pour PM2, 20 mV pour PM3 et PM4 Seuil BLR Fréquence BLR Porte BLR 7 mV 160 kHz 8 ns

tableau 3 : Valeurs des principaux paramètres du MnM QTDC

Pour l’analyse des données décrites dans ce document, nous ne voulions subir aucune perte d’informations. Aussi avons-nous utilisé deux ordinateurs d’acquisitions et réduit le nombre d’ions 19Ne implantés pour avoir au maximum 3.106 événements/10 s enregistrés par ordinateurs (cf. §II.1.2). Cela correspond à un débit initial moyen d’environ 160000 événements DSP enregistrés par seconde et par voies photomultiplicateurs.

Dans les périodes d’expérience où FASTER n’était utilisé que pour contrôler les gains de photomultiplicateurs, le débit initial moyen était jusqu’à 25 fois supérieur à ce que FASTER pouvait acquérir. C’est pourquoi, nous utilisions alors une décimation des informations DSP (proposée par le MnM) de 1/100, ce qui permettait de limiter les données acquises.

Une attention particulière a été apportée à l’horloge d’acquisition, afin d’assurer la stabilité du comptage pendant toute la durée de l’expérience. Nous avons donc utilisé FASTER, avec l’horloge 10 MHz externe DG645 (option3, Stanford Research Systems) précise à 5 ppm sur la gamme de température de 20 à 30°C. Pour surveiller cette horloge, nous avons utilisé l’oscillateur OCXS AOCJY5(ABRACON) dont l’incertitude est inférieure à 0,1 ppm entre -55°C et 85°C. Il peut paraître étonnant de ne pas avoir utilisé l’oscillateur OCXS comme horloge de

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FASTER, d’autant plus que des mesures préliminaires et succinctes des périodes de ces oscillateurs montraient des performances supérieures pour l’OCXS (les écarts-types des 5 mesures sont σDG645=0,57 Hz et σAOCJY5 =0,29 Hz). Mais notre confiance sur l’OCXS AOCJY5 n’était à l’époque pas encore totale, car il n’avait encore jamais été testé pendant une expérience de physique, contrairement au DG645. L’OCXS était donc branché à un module RF de FASTER, qui mesure entre autres la période d’un signal périodique. Ayant de meilleures performances, la variation de sa période mesurait donc plutôt la variation de la période de l’horloge DG645 de FASTER.

Pour l’expérience, seules 5 voies FASTER étaient nécessaires pour mesurer la charge déposée provenant des 4 photomultiplicateurs et contrôler son horloge. Néanmoins, l’équipe de recherche a émis le désir de pouvoir détecter les moments d’arrivée des signaux logiques (provenant de l’acquisition GANIL) après le module de coïncidence. C’est pourquoi, quatre voies QTDC supplémentaires ont été ajoutées.

Le schéma figure 45 résume le système d’acquisition FASTER choisi pour l’expérience E658S.

figure 45 : Système FASTER pour l’expérience E658S. En rouge : signaux analogique provenant des tubes photomultiplicateurs (après amplification et splitter). En pointillé bleu, signaux logiques, provenant de l’acquisition GANIL, non-étudiés dans ce document.

FASTER a permis de surveiller l’expérience en temps réel, grâce au logiciel RHB. Celui-ci a pu fournir effectivement les traces oscilloscopes des événements, les données statistiques des comptages d’événements détectés, envoyés, les spectres de charges déposées ou tout autre

57 graphe utile au contrôle de l’expérience.