Identication en Z des ions par leurs formes de signaux de courant

Dans cette exp erience, les di erents isotopes que nous avons d etect es n'ont pas la m^eme energie. C'est pourquoi nous allons comparer les ions en fonction de leur num ero atomique Z. En e et nous avons appliqu e la m ethode de discrimination, que nous avons utilis ee pendant le d epouillement de l'exp erience faite au TANDEM d'ORSAY, qui consiste a

92 Signaux de courant produits par les particules charg ees et les ions lourds calculer les moments d'ordre 2 (M2) des signaux de courants issues du PACI du d etecteur AZ200b. Au d ebut nous avons appliqu e cette m ethode sur les ions Li, C, et N. Sur la gure III.49 nous avons trac e les valeurs des moments d'ordre 2 en fonction de l' energie de ces trois ions. D'apres cette gure nous montrons que la s eparation, de ces trois ions, est tres bonne avec cette m ethode.

Fig. III.49 { Separation des ions de Li, C et N par le moment d'ordre 2

En appliquant la m^eme m ethode de discrimination aux trois ions de la zone ou la valeur de la charge Z est sup erieure a 10, nous remarquons que les evenements ne sont pas nettement s epar es. Il y a un m elange qui appara^t, en calculant la valeur du moment d'ordre 2, entre les di erents ions (gure III.50).

Ce probleme vient en fait du calcul du moment d'ordre 1 (M1) utilis e pour le calcul de

M2. En e et, comme le montre la gure III.51, nous avons un elargissement des taches au niveau des valeurs deM1.

III.4 L'exp erience LISE 93

Fig. III.50 { Separation des ions de Z superieur a 10

Fig. III.51 { Moment d'ordre 1 en fonction de l'energie des ions detectes

Cette valeur, M1, repr esente la position moyenne en temps du signal de courant. En regardant les formes des signaux de courant, nous remarquons que les formes ne sont pas stables pour le m^eme ion a la m^eme energie. Tel est le cas pour l'ion 36Cl a une energie de 317 MeV500 KeV (voir gure III.52) qui pr esente des !uctuations anormales au niveau de l'amplitude et par cons equent aussi sur le temps de l'impulsion puisque l'int egrale du

94 Signaux de courant produits par les particules charg ees et les ions lourds signal devrait ^etre la m^eme pour tous les signaux. Cette !uctuation en temps du signal est d'autant plus grande que l'ion est plus lourd. En e et elle est de 30 ns pour le 36Cl a 317 MeV mais elle est de 60 ns pour, par exemple, le58Fea 618 MeV500 KeV (gure III.53). Les signaux en bleu sont les traces moyennes obtenues sur les di erentes impulsions trac ees sur chaque gure. Nous remarquons que ces traces moyennes sont in!uenc ees par les traces anormales des di erents signaux. Le pourcentage de ces traces est au niveau de quelques pourcents.

Fig. III.52 { Signaux de courant obtenus avec l'ion 36Cl a 317 MeV

III.4 L'exp erience LISE 95 Ce probleme des !uctuations anormales se manifeste aussi au niveau de la valeur de l'int egrale des signaux de courant. En e et, sur les gures III.54 et III.55, nous avons pr esent e les spectres d'amplitudes et d'int egrales des signaux de courant issus de l'ion

36Cl a 317 MeV. Nous remarquons que les signaux dont l'amplitude est grande ont une valeur d'int egrale sup erieure aux autres. En outre, comme le montre le spectre de l' energie calcul ee (l'int egrale du signal de courant) en fonction de l' energie mesur ee, ces signaux ont une int egrale plus grande malgr e une energie mesur ee identique.

Fig. III.54 { Spectres d'amplitude et d'integrale obtenus avec les signaux de courant de

l'ion 36Cl a 317 MeV

Fig. III.55 { Amplitude en fonction de l'integrale (gauche) et integrale en fonction de

96 Signaux de courant produits par les particules charg ees et les ions lourds Dans un premier temps, nous avons pens e a l'homog en eit e du d etecteur pour expliquer ces !uctuations anormales. Cependant lorsque nous avons regard e les signaux de courant issus du d etecteur collimat e avec un trou de diametre 5 mm, le probleme persistait encore. Un exemple est donn e sur la gure III.56 qui pr esente les signaux de courant produits par l'ion 58Fe a 618 MeV.

Fig. III.56 { Signaux de courant obtenus avec l'ion 58Fe a 618 MeV avec le detecteur AZ200b avec un collimateur de diam etre 5 mm

Nous avons aussi pens e au probleme du straggling angulaire mais nous l'avons calcul e et nous avons constat e qu'il est n egligeable dans le cas de nos ions aux energies etudi ees.

En regardant les formes de signaux de courant obtenus avec le d etecteur AZ600b qui etait aussi mont e face arriere recevant les ions, nous avons constat e la pr esence de ces !uctuations anormales (voir gure III.57). Cependant, en regardant les signaux obtenus avec le d etecteur AZ200, qui etait mont e face avant recevant les ions, nous remarquons que la probabilit e des !uctuations anormales diminue consid erablement en passant de 5% a 0.2% (voir gure III.58).

A partir de ces deux dernieres gures nous avons conclu que ce probleme de !uctuations anormales de signaux peut ^etre d^u a un probleme technologique au niveau de l'implantation sur la face arriere ce qui peut modier les lignes de champ a l'int erieur du d etecteur et par cons equent la forme de signal.

III.4 L'exp erience LISE 97

Fig. III.57 { Signaux de courant obtenus avec l'ion 36Cl a 317 MeV et l'ion 58Fe a 618 MeV avec le detecteur AZ600b (faisceau entrant par la face arri ere)

Fig. III.58 { Signaux de courant obtenus avec l'ion 36Cl a 317 MeV et l'ion 58Fe a 618 MeV avec le detecteur AZ200 (faisceau entrant par la face avant)

Remarque:

Concernant la discrimination en masse A a partir des valeurs du moment d'ordre 2 (M2), nous avons trac e l' evolution de l' ecart-type de M2 calcul e sur les signaux de courant obtenus lors de l'exp erience LISE en fonction du num ero atomique Z de l'ion in-cident a des energies comprises entre 6 et 10 MeV/A. Nous remarquons que cette evolution est une droite de pente positive (gure III.59). Ainsi nous pouvons dire que puisque l' ecart-type du moment d'ordre 2 est de 3 ns2 pour le12C et que nous avons pu discriminer 12C

et 13C, alors, pour le chlore (Z=17) il faudrait une di erence de 3 masses pour arriver a les discriminer puisque la valeur de l' ecart-type est de 8 ns2. Dans l'annexe C nous avons mis les di ernts ions d etect es avec les parametres des di erents signaux correspondants.

98 Signaux de courant produits par les particules charg ees et les ions lourds

Fig. III.59 { Variation de l'ecart-type du moment d'ordre 2 en fonction du numero ato-mique Z pour des energies comprises entre 6 et 10 MeV/A

III.5 Conclusion

Nous avons montr e dans ce chapitre que la forme du signal de courant est caract eristique de l'ion d etect e par le d etecteur silicium. En e et tout un echantillon d'ions a et e d etect e au travers de deux exp eriences couvrant des gammes di erentes en charge, masse et energie. Ce chapitre, totalement exp erimental, donne les signaux r eels sur lesquels viendra s'appuyer la mod elisation d ecrite dans le chapitre suivant.

Mod elisation et simulation des signaux de courant 99

Chapitre IV

Modelisation et simulation des

Dans le document Réponse en courant des détecteurs silicium aux particules chargées et aux ions lourds (Page 98-106)