Influence de l’espace de pr´ e-amplification (A2)

Les s´eries de mesures pr´esent´ees pr´ec´edemment pour la structure PIM nous ont r´ev´el´e que la probabilit´e de d´echarge peut ˆetre fortement diminu´ee avec deux ´etages d’ampli-fication. Nous allons maintenant essayer d’identifier l’´epaisseur optimale de l’espace de pr´e-amplification (A2) pour minimiser davantage le nombre de d´echarges. Pour ce faire, nous allons ´etudier l’influence des caract´eristiques g´eom´etriques de cet ´etage sur la pro-babilit´e de d´echarge.

3 Gain

10 10⁴ 10⁵

)-1 Probabilite de decharges (hadrons

10-11

Fig.4.8 –Probabilit´es de d´echarge mesur´ees pour la configuration 125-125µm en fonction du gain total du d´etecteur compar´ee `a celle obtenue avec une configuration 125-50 µm.

Configuration 125-125 µm versus 125-50 µm

La figure 4.8 pr´esente une comparaison entre les probabilit´es de d´echarge mesur´ees avec deux configurations poss´edant un espace de pr´e-amplification d’´epaisseurs diff´erentes (i.e.

125 et 50µm). Pour cette s´erie de mesures, l’espace d’amplification au contact de l’anode (A1) poss´edait une ´epaisseur de 125 µm. On peut observer sur cette figure les ´el´ements suivants :

– pour les deux configurations du d´etecteur PIM, la probabilit´e de d´echarge suit une loi de puissance dont la pente est quasi-identique `a celle observ´ee pour MICROMEGAS (125µm) `a des gains inf´erieurs `a 1000.

– pour un gain donn´e, le taux de d´echarges est environ dix fois plus petit pour la confi-guration 125-125µm compar´ee `a la g´eom´etrie 125-50 µm.

Configuration 50-50 µm versus 50-125 µm

Int´eressons-nous maintenant aux configurations poss´edant un ´etage d’amplification de 50 µm au contact de l’anode (figure4.9). Pour les g´eom´etries concern´ees (i.e. 50-50 et 50-125), des observations similaires au cas pr´ec´edent peuvent ˆetre faites, `a savoir :

– la probabilit´e de d´echarge suit une loi de puissance de mˆeme pente que celle observ´ee pour MICROMEGAS mais, cette fois-ci, pour une hauteur d’amplification de 50µm.

– la configuration ayant un ´etage de pr´e-amplification plus large permet d’obtenir une probabilit´e de d´echarge 10 fois plus petite pour un gain total du d´etecteur ´equivalent.

3 Gain

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)-1 Probabilite de decharges (hadrons

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Fig. 4.9 – Comparaison des probabilit´es de d´echarge mesur´ees pour les configurations 50-50 µm et 50-125 µm. Le taux de d´echarges est pr´esent´e en fonction du gain total du

d´etecteur.

Tab.4.3 – Param`etres du d´etecteur pour les quatre g´eom´etries test´ees.

Discussion des r´esultats

Les s´eries de donn´ees pr´esent´ees, ici, en fonction du gain total du d´etecteur sont pratiques pour comparer la probabilit´e de d´echarge pour un point de fonctionnement donn´e du d´etecteur. Cependant, si l’on souhaite optimiser la g´eom´etrie du d´etecteur pour minimiser le nombre de d´echarges, il est n´ecessaire d’´etudier l’influence de certains param`etres comme le champ ´electrique ou le gain dans chaque ´etage d’amplification par exemple. Or, il est en g´en´eral difficile de faire varier un seul param`etre `a la fois lorsque que l’on modifie la g´eom´etrie du d´etecteur. Nous pr´esentons dans le tableau 4.3 les valeurs de ces diff´erents param`etres pour quatre jeux de donn´ees. Le gain de chaque ´etage d’amplification (GA1, G_A2) ainsi que la probabilit´e de d´echarge associ´ee (P_A1,P_A2) ont ´et´e calcul´es `a partir d’une extrapolation des courbes de tendance qui ont ´et´e utilis´ees pour ajuster les donn´ees, tandis que le gain total et la probabilit´e de d´echarge du d´etecteur sont issus de mesures directes.

Une comparaison crois´ee permet, `a l’aide de ce tableau, de mettre en ´evidence quelques points importants :

– pour les deux premi`eres lignes du tableau o`u le gain de l’´etage d’amplification (A1) est identique et est voisin de 150, on constate le gain total du d´etecteur est environ deux fois plus important pour la configuration 125-125µm. Or, `a la vue des valeurs du gain de l’´etage de pr´e-amplification poss´edant un gap de 125µm (i.e. GA2 = 194) et de celui correspondant `a un gap de 50µm (i.e.GA2 = 526), nous nous attendons de prime abord

`a l’observation contraire. Ceci s’explique par une transmission plus grande des ´electrons

`a la sortie de l’´etage de pr´e-amplification plus importante pour la configuration 125-125 µm. En effet, nous avons vu dans le chapitre pr´ec´edent que l’extraction des ´electrons `a travers une micro-grille augmente avec le rapport entre les champs appliqu´es de part et d’autre de cette derni`ere. Or, comme le gain varie exponentiellement avec la hauteur du gap, le gain dans un large espace de pr´e-amplification est plus grand que dans un ´etage poss´edant un gap plus petit `a un champ ´electrique donn´e. Il est alors possible d’appliquer un champ ´electrique plus petit tout en conservant un gain suffisamment ´elev´e. Dans ce cas, le rapport de champ est plus favorable au passage des ´electrons. Ceci permet d’avoir un gain total du d´etecteur plus ´elev´e pour une mˆeme probabilit´e de d´echarge (i.e.

sans augmenter le gain dans chaque ´etage d’amplification). La courbe de probabilit´e de d´echarge se retrouve alors d´ecal´ee vers de plus hauts gains. Les probabilit´es de d´echarge mesur´ees pour les deux configurations confirment ce propos.

– En ´etablissant une analyse analogue pour la configuration 50-125 µm compar´ee `a la configuration 50-50µm, nous pouvons constater une tendance similaire. Cette nouvelle observation permet de confirmer qu’un large espace de pr´e-amplification permet de r´eduire la probabilit´e de d´echarge du d´etecteur pour un mˆeme point de fonctionnement.

– En outre, les probabilit´es totales de d´echarge mesur´ees avec une structure PIM `a deux

´etages d’amplification sont syst´ematiquement sup´erieures `a la somme des probabilit´es de d´echarge (obtenues `a partir des mesures r´ealis´ees avec MICROMEGAS) dans chaque

´etage d’amplification. Ceci indique que la probabilit´e de d´echarge totale est domin´ee par une composante, appel´ee Pcorr, corr´el´ee `a la contribution des charges totales dans le d´etecteur :

Pdech =PA1+PA2+Pcorr (4.3)

Conclusion

Les quatre g´eom´etries test´ees du d´etecteur PIM ont r´ev´el´es que la probabilit´e de d´echarge pour un point de fonctionnement donn´e peut ˆetre fortement r´eduite avec l’utilisation de micro-grilles avec deux ´etages d’amplification s´epar´es par un ´etage de transfert.

L’extraction des ´electrons `a la sortie de l’´etage de pr´e-amplification semble ˆetre un pa-ram`etre sensible permettant d’augmenter le gain total du d´etecteur sans augmenter la probabilit´e de d´echarge dans chaque ´etage d’amplification. L’emploi d’un large ´etage de

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)-1 Probabilite de decharges (hadrons

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Fig. 4.10 –Comparaison des probabilit´es de d´echarge pour les configurations poss´edant un ´etage de pr´e-amplification de 50 µm.

pr´e-amplification est conseill´e car il favorise cette extraction et, par cons´equent, il permet de minimiser la probabilit´e de d´echarge pour un point de fonctionnement donn´e.

4.4.3 Influence de l’espace d’amplification au contact de l’anode