5.3 D´egradation du d´etecteur
5.3.3 Evolution du d´etecteur
0 50 100 150 200
Rendement d’ionisation (normalisé)
Fig. 5.15 – Histogramme du rendement d’ionisation simul´e d’une exp´erience avec de l’241Am. L’essentiel des ´ev`enements est bien collect´e et donc le plus souvent le rendement d’ionisation est de 100%. Les ´ev`enements donnant lieu `a du d´epˆot de charge entre les ´electrodes sont `a des rendements d’ionisation situ´es entre 30 et 100% (Polarisation du d´etecteur : VV SS=-0.75 V, VCS=+2 V, VV SI=0.75 V, VCI=-2 V, VGS=+0.5 V, VGI=-0.5 V).
libres sont des ´ev`enements `a faible rendement d’ionisation puisque toute la charge n’est pas collect´ee. La figure 5.16 montre la proportion des ´ev`enements dont le rendement d’ionisation est inf´erieur `a 80% en fonction du nombre d’´ev`enements acquis. La proportion des ´ev`enements dont le rendement d’io-nisation est inf´erieur `a 80% diminue en fonction du temps jusqu’`a atteindre une stabilisation. Au d´ebut les surfaces libres ne comportent pas de charge pi´eg´ee. Puis quand les charges pi´eg´ees sont suffisamment importantes pour former un contre-champ, il y a moins d’´ev`enements `a bas rendement d’ioni-sation car les surfaces libres sont ”satur´ees”. Les charges qui ´etaient pi´eg´ees sur les surfaces libres (et qui donnaient un mauvais rendement d’ionisation) sont d´esormais collect´ees sur l’´electrode CI. Ce ph´enom`ene est ´etudi´e dans le paragraphe suivant.
5.3.3 Evolution du d´´ etecteur
L’observation de la proportion des charges qui est collect´ee sur chaque ´electrode en fonction du temps permet de voir une ´evolution du d´etecteur qui n’´etait pas forc´ement visible en observant simplement l’´evolution des ampli-tudes collect´ees dans le temps. On s´electionne les ´ev`enements dont la collecte
0 0.5 1 1.5 2 x 104 0.25
0.3 0.35
Nombre d’évènements acquis
n(Q<80%) Vvss=−1V 0 0.5 1 1.5 2 x 104 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3
Nombre d’évènements acquis
n(Q<80%)
Vvss=−0.75V
Fig.5.16 – ´Evolution de la proportion d’´ev`enements dont le rendement d’io-nisation est inf´erieur `a 80% en fonction du nombre d’´ev`enements acquis. (Figure du haut : VV SS=-1 V, VCS=+2 V, VV SI=1 V, VCI=-2 V, VGS=+0.5 V, VGI=-0.5 V, Figure du bas : VV SS=-0.75 V, VCS=+2 V, VV SI=0.75 V, VCI=-2 V, VGS=+0.5 V, VGI=-0.5 V))
de charge est totale sur le pic de 60 keV (ionisation) et on trace la moyenne glissante de la proportion des charges (Qi/Q) collect´ee sur chaque ´electrode en fonction du nombre d’´ev`enements ayant interagi dans le d´etecteur dans le temps (figure 5.17). 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=−1V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=−O.75V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=−0.5V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=−0.25V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=0V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=0.25V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=0.5V 0 1 2 x 104 0 0.5 1 Vvss=0.75V
Fig. 5.17 – Moyenne glissante (sur 300 points) de la proportion des charges collect´ees sur chaque ´electrode |Qi| /Q en fonction du nombre d’´ev`enements acquis (en bleu : |QV SS| /Q, en vert : |QCS| /Q, en noir : |QCI| /Q, en rouge : (|QCI| + |QV SS)| /Q). (Polarisation du d´etecteur : VV SS=-VV SI, VCS=+2 V, VCI=-2 V, VGS=+0.5 V, VGI=-0.5 V, la valeur de VV SS est pr´ecis´ee en haut des graphiques).
La quantit´e de charges collect´ees sur l’´electrode CS est toujours ´egale `a la somme de ce qui est collect´e sur les ´electrodes VSS et CI (au signe pr`es). Par contre, on observe que quelle que soit la polarisation, la pro-portion des charges collect´ees sur VSS diminue au profit de la collecte sur l’´electrode CI, vraisemblablement `a cause du pi´egeage des trous en surface proche de l’´electrode VSS, et pouvant former un contre-champ. Pour les va-leurs de VV SS=-1 V, VV SS=-0.75 V, VV SS=-0.5 V et VV SS=-0.25 V on observe qu’il y a une stabilisation de cette ´evolution. Pour les valeurs sup´erieures de VV SS, la proportion des charges collect´ees sur VSS devient nulle (le rejet des ´ev`enements de surface devient impossible) apr`es un temps qui est d’autant plus court que la valeur de VSS est ´elev´ee. Malgr´e cette d´egradation, on note
que la quantit´e de trous et d’´electrons collect´es est toujours ´egale (car pour chaque ´ev`enement la quantit´e de charges pi´eg´ees est faible).
Il faut noter que cette ´evolution est importante sur ces exp´eriences car elles ont ´et´e r´ealis´ees en laboratoire de surface et que les rayons cosmiques jouent un rˆole tr`es important sur la d´egradation. Le taux de muons cos-miques est d’environ 1 muon cm−2.min−1 [86] et ils sont susceptibles de d´eposer une ´energie dans le germanium d’environ 10 MeV par centim`etre de parcours [87]. La quantit´e de paires ´electron-trou cr´e´ees par les muons cosmiques peut donc ˆetre ´evalu´ee `a environ 5×108 paires ´electron-trou par minute dans le d´etecteur. C’est bien la contribution majeure `a la d´egradation du bolom`etre : la source ne cr´ee qu’environ 106 paires ´electron-trou dans le d´etecteur par minute. Le rayonnement infrarouge r´esiduel peut aussi causer une d´egradation, mais un soin particulier a ´et´e apport´e au cryostat afin de se pr´emunir contre ce type de probl`eme. Il faut ajouter que cette ´evolution est d’autant plus visible ici qu’une grande partie des ´ev`enements de l’am´ericium interagit dans les zones fronti`eres entre les ´ev`enements de volume et de sur-face (une analyse avec une source interagissant de mani`ere homog`ene dans tout le volume ne montrerait pas de telles ´evolutions de la proportion des charges collect´ees). L’´etude avec une source de 133Ba (γ de 356 keV) en site souterrain ne montre pas une telle ´evolution (cf figure 5.24 en bas). Ceci est en partie dˆu au fait que la d´egradation est beaucoup plus faible au laboratoire souterrain de Modane. En effet, lors d’une calibration baryum, le nombre de paires ´electron-trou cr´e´ees n’est que d’environ 106 par minute. De plus le fait que la source de 241Am produise des ´ev`enements localis´es tr`es proches de la surface de s´eparation du volume fiduciel et du volume des ´ev`enements proches de la surface permet de mettre l’´evolution du d´etecteur en exergue.