4.2 Electronique, cˆablage et acquisition
4.2.4 Evaluation des amplitudes
Le calcul de l’amplitude pour la voie ionisation donne des r´esultats sa-tisfaisants en faisant une simple int´egration. Sur la figure 4.6, on observe que le signal ionisation a la forme d’une marche. Le calcul de l’amplitude est effectu´e en faisant la moyenne des points situ´es apr`es la marche moins la moyenne des points situ´es avant la marche.
L’empilement est le fait d’avoir plus d’un ´ev`enements dans la mˆeme fenˆetre d’enregistrement. Pour la voie chaleur, le taux d’empilement ´etant plus ´elev´e (`a cause de la lenteur des signaux), la d´etermination de l’ampli-tude se fait par ajustement au moindre carr´e de chaque signal par un gabarit. Ce gabarit est obtenu par moyennage de signaux de chaleur en s´electionnant des ´ev`enements sans empilement faisant partie de la mˆeme raie de photon. Cette m´ethode r´eduit l’influence du bruit sur les signaux mais fournit aussi une valeur de χ2 (m´ethode des moindres carr´es) qui permet de rejeter les ´ev`enements avec empilement de signaux dans la mˆeme fenˆetre de mesure.
0 50 100 150 200 −1.2 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 Temps (msec)
Amplitude (unité arbitraire)
0 20 40 60 80 100 −0.5 0 0.5 1 1.5 Temps (µsec)
Amplitude (unité arbitraire)
Fig. 4.6 – `A gauche : impulsion chaleur et son ´ev`enement moyen ajust´e. `A droite : impulsion d’ionisation.
Correction de diaphonie
Il existe une diaphonie ´electrique (ou ”cross-talk”) entre les diff´erentes voies de mesure d’ionisation `a cause des capacit´es parasites mutuelles qui existent entre chaque ´electrode. Par exemple, un ´ev`enement dont la charge est compl`etement collect´ee sur une voie (voie A) peut donner un signal sur
une autre voie qui ne collecte pas de charges (voie B). Le signal qui est induit sur la voie B est proportionnel `a l’amplitude du signal de la voie A. La correction qui doit ˆetre appliqu´ee est du type : A = A ± B ∗ k. k est le param`etre `a ajuster pour op´erer la correction de diaphonie (il peut ˆetre positif ou n´egatif).
Cette correction doit ˆetre faite pour les 6 voies de mesure des signaux d’ionisation ce qui repr´esente la d´etermination de la matrice de diaphonie qui peut ˆetre compliqu´ee. Heureusement, la diaphonie entre les voies ne d´epasse pas 2% et est surtout pr´esente entre deux ´electrodes interdigit´ees. Le nombre de corrections `a effectuer est donc moins important.
Calibration des diff´erentes voies de mesure
La calibration des diff´erentes voies de mesure est effectu´ee en exposant le d´etecteur `a une source radioactive (par exemple l’am´ericium pr´esente une raie γ `a 59.5 keV). La position de cette raie permet donc une calibration absolue du d´etecteur. La calibration des signaux de chaleur se fait apr`es correction de l’effet Luke (cf 3.4.6) en imposant un rapport chaleur/ionisation ´egal `a 1 pour les gammas.
Conclusion
Dans cette section nous venons de pr´esenter les diff´erentes parties du banc de test qui permet d’accueillir un bolom`etre `a ´electrodes interdigit´ees avec 6 voies de mesures d’ionisation (r´esolues en temps) et une voie cha-leur. L’´electronique des voies ionisation pr´esente la particularit´e d’avoir une bande suffisamment rapide pour observer le transitoire des signaux d’ioni-sation (cette caract´eristique n’est pas indispensable au fonctionnement d’un d´etecteur `a ´electrodes interdigit´ees mais va ˆetre utilis´ee comme outil de diag-nostic).
Chapitre 5
R´eponse du d´etecteur `a une
source de γ
`
A partir de maintenant nous nous int´eressons `a la caract´erisation exp´erimentale du bolom`etre `a ´electrodes interdigit´ees dont nous avons expos´e le principe pr´ec´edemment. Avant de pouvoir utiliser ce nouveau type de bolom`etre comme d´etecteur d’´ev`enements rares (ici les WIMPs), il convient de le tester. Pour cela le bolom`etre est refroidi `a sa temp´erature nominale de fonctionne-ment et est plac´e en comptage en pr´esence de sources radioactives mimant le bruit de l’exp´erience.
Le bolom`etre ID201 a tout d’abord ´et´e ´etudi´e au CSNSM `a Orsay, en site non souterrain afin de v´erifier son fonctionnement, la mani`ere dont il doit ˆetre polaris´e... Un premier test avec une source de γ a d’abord ´et´e effectu´e puis un test avec une source d’´electrons. Puis, les r´esultats de ces tests ont ´et´e suffisamment prometteurs pour que nous jugions utile de qualifier ce bolom`etre en site souterrain dans le cryostat de l’exp´erience EDELWEISS II. Des exp´eriences ont ´et´e pratiqu´ees au Laboratoire Souterrain de Modane avec des sources γ et des sources d’´electrons. Ces prises de donn´ees permettent de tester les performances ultimes du bolom`etre `a cause de l’absence du bruit de fond de neutrons. S’en est suivi un test d’observation du bruit de fond `a Modane ainsi qu’une exp´erience de calibration avec une source de neutrons (permettant de connaˆıtre le volume fiduciel). Ces tests ne sont pas pr´esent´es de mani`ere chronologique dans la suite de l’expos´e mais par type de particules utilis´ees.
Dans ce chapitre, on discute dans un premier temps d’exp´eriences faites au CSNSM `a Orsay avec une source de241Am qui a ´et´e choisie afin de v´erifier le principe de fonctionnement du bolom`etre [80]. En effet, l’241Am ´emet des particules α et des γ de 59.5 keV. La profondeur de p´en´etration d’un γ de cette ´energie est d’environ 1 mm dans le germanium ce qui permet de sonder
le d´etecteur dans les zones de champ faible en particulier. On discute ici la r´eponse du bolom`etre en fonction de diff´erentes conditions de polarisation.
On pr´esente ensuite les r´esultats obtenus avec une source de 133Ba (γ de 356 keV) dans les conditions bas bruit de fond radioactif du Laboratoire Souterrain de Modane. Ce test est destin´e entre autre `a d´efinir les capacit´es de rejet des ´ev`enements γ par le bolom`etre (c’est-`a-dire la capacit´e du bolom`etre `a prot´eger la zone du signal WIMPs du bruit de fond de γ).