7.3 Les outils de contrôle de l'atmosphère
7.3.2 La station météorologique
Une station météorologique mesure en permanence la température, la pression au sol, le taux d'humidité, la vitesse et la direction du vent. Un lidar infrarouge (Ceilometer, 905 nm) permet de mesurer, par rétro-diusion des impulsions laser envoyées, la répartition des aérosols dans l'atmosphère, sur une dizaine de kilomètres d'altitude. Sur le site de H.E.S.S., les diuseurs sont
7.3. LES OUTILS DE CONTRÔLE DE L'ATMOSPHÈRE 67 TelRadiometerTempVsZenith_pfx Entries 1932 Mean 31.89 Meany -41.36 RMS 13.68 RMSy 5.795 Angle zenithal 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Temperature (deg) -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 TelRadiometerTempVsZenith_pfx Entries 1932 Mean 31.89 Meany -41.36 RMS 13.68 RMSy 5.795 TelRadiometerTempVsZenith (a)Température vs θz. 01h00 01h10 01h20 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 Radiometer_1 Entries 0 Mean 0 RMS 0 Radiometer_1 Temperature (deg) Heure (b)Evolution lors de passages nuageux.
Fig. 7.1: Température du radiomètre. (a) Evolution de la température moyenne du radiomètre en fonction de l'angle zénithal lors d'observations avec des qualités atmosphériques correctes. (b) Suivi de la température d'un radiomètre lors d'une prise de données à un angle zénithal de 30◦avec des conditions météorologiques de mauvaise qualité. La température relativement élevée, de −22◦C, indique la présence d'une couche de nuage ou d'humidité. Les augmentations de température signent le passage de nuages dans le champ de vue.
le plus souvent des poussières ou du sable soulevés par le vent à faible altitude (sur quelques centaines de mètres au-dessus du sol). La présence de couches de nuages est aussi détectée par le lidar. Un transmetteur [113] a récemment été installé a n de contrôler la transparence de l'atmosphère, sur ∼ 500 mètres d'altitude, à diérentes longueurs d'onde (390, 455, 505 et 910 nm) : desLEDs sont placés sur le plateau du Gamsberg (à une trentaine de kilomètres des télescopes, 550 mètres plus élevé) et un récepteur (télescope et caméra CCD) est placé sur le site a n de mesurer la lumière transmise. De plus, un radiomètre infrarouge devra prochainement parcourir périodiquement l'ensemble du ciel a n de détecter l'arrivée des nuages.
Troisième partie
70
En sortie de la caméra, l'information sur un événement est contenue dans les charges des pixels en unités d'ADC. Les informations physiques auxquelles on veut remonter sont l'éner- gie et la direction du gamma primaire. La première étape consiste à reconstruire l'amplitude en photo-électrons reçue par chaque pixel : c'est l'étalonnage des caméras. La seconde étape consiste à estimer l'énergie et la direction du gamma primaire : c'est la reconstruction. La - gure 7.2 résume ces étapes. Les analyses s'appuient sur des simulations de l'atmosphère d'une part, et du détecteur d'autre part. L'étalonnage est détaillé dans les chapitres 8 à 12. Les si- mulations et la reconstruction font l'objet de la partie IV.
Charge: ADC Amplitude: photo−electrons Electrons PM electronique atmosphere photo−cathodes cones de Winston miroirs Camera
Etalonnage
(Enegie, direction) Gamma Simulation des Simulation du detecteur gerbes atmospheriques Photons CherenkovReconstruction
Fig. 7.2: Les diérentes étapes de la reconstruction des informations physiques sur le gamma primaire à partir des coups d'ADC mesurés en sortie des caméras. L'étalonnage permet de remonter des coups d'ADC aux amplitudes en photo-électrons de chaque pixel. L'analyse, basée sur les simulations des gerbes atmosphériques et du détecteur, permet ensuite de reconstruire l'énergie et la direction du gamma primaire.
Chapitre 8
Etalonnage des caméras
A n d'extraire les paramètres des images Cherenkov à partir des données brutes des photo- multiplicateurs (PMs), il est nécessaire d'étalonner précisément lesPMs et la réponse de la chaîne d'acquisition. Ce chapitre décrit les paramètres d'étalonnage puis les méthodes avec lesquelles ils sont mesurés et leurs caractéristiques. En n, les incertitudes sur les mesures des paramètres sont estimées. La mise en ÷uvre de l'étalonnage des caméras de H.E.S.S. et l'estimation de ses incertitudes ont conduit à une note interne [170] et à une publication [3].
8.1 Etalonnage de la fenêtre de lecture : paramètre N
d Le paramètre Nd dé nit la position de la fenêtre de lecture de NL (16) échantillons parmiles 128 cellules dans l'ARS (voir section 5.4.1). On a vu que le signal du PM n'est pas encore dans la fenêtre de lecture si Nd est trop grand, ou déjà sorti de la fenêtre de lecture si Nd
est trop petit. Nd est programmable pour chacun des tiroirs et doit être ajusté au temps de
formation du signal de déclenchement et au temps de réponse de l'ARS1. Le signal d'un PM
est asymétrique, il comprend un court temps de montée puis un temps de descente plus long. Il est donc important de ne pas perdre le front de montée du signal qui représente une fraction importante de la charge et est moins uctuant que le front de descente : la valeur donnée à Nd
est ainsi choisie légèrement supérieure à l'optimum (environ 1 ns de plus).
Des tests sur les tiroirs de la première caméra de H.E.S.S., réalisés au LPNHE en 2001 [184], avaient permis de xer Nd à environ 69 pour tous les tiroirs. Les mesures eectuées sur les
caméras complètes ont pour but d'ajuster cette valeur.
Détermination de Nd. A n de déterminer la valeur optimale de Nd, la caméra doit être
éclairée su samment pour déclencher l'acquisition de la caméra. Une LED pulsée, d'intensité réglable, est placée en face de la caméra.
Des acquisitions sont alors eectuées pour des valeurs de Nd échelonnées entre 54 et 74
programmées pour tous les tiroirs. Pour chaque acquisition, les charges des 960PMs de la caméra sont enregistrées sur leurs deux voies d'acquisition. Des déclenchements aléatoires permettent de mesurer la position du piédestal et les déclenchements sur les impulsions de laLEDpermettent de mesurer, après soustraction de ce piédestal, l'intensité reçue par chacun des pixels. En pratique, pour avoir une bonne séparation du piédestal et du signal, laLEDillumine la caméra
1A n que lesARSs dans chaque caméra aient le même comportement, elles ont été divisées en quatre lots
72 CHAPITRE 8. ETALONNAGE DES CAMÉRAS 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 300 D1 - Low Gain Nd 0 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 50 100 150 200 250 D1 - Low Gain Nd 4 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 300 D1 - Low Gain Nd 1 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 D1 - Low Gain Nd 5 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 300 D1 - Low Gain Nd 2 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 300 D1 - Low Gain Nd 6 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 300 350 D1 - Low Gain Nd 3 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 50 100 150 200 250 300 D1 - Low Gain Nd 7
(a)Voies de bas gain.
56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 D1 - High Gain Nd 0 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 500 1000 1500 2000 2500 3000 D1 - High Gain Nd 4 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 D1 - High Gain Nd 1 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 D1 - High Gain Nd 5 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 D1 - High Gain Nd 2 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 D1 - High Gain Nd 6 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 D1 - High Gain Nd 3 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 D1 - High Gain Nd 7
(b)Voies de haut gain.
Fig. 8.1: Charge moyenne mesurée en pas d'ADC au-dessus de la position du piédestal en fonction de Nd pour les voies de bas et haut gains de six pixels d'une carte analogique.
avec une intensité de l'ordre de 50 photo-électrons (la séparation est alors de l'ordre de 300 canaux d'ADC dans les voies de faible ampli cation et de 4 000 canaux d'ADC dans les voies de grandes ampli cation). La distribution des charges, contenant le piédestal et le signal, est approchée par 2 gaussiennes. La distance entre les deux gaussiennes est proportionnelle au signal contenu dans la fenêtre de lecture.
On calcule donc, pour chaque tiroir et pour chaque valeur de Nd, la moyenne des charges
mesurées sur les 16 PMs du tiroir. La gure 8.1 montre cette charge moyenne en pas d'ADC
au-dessus de la position du piédestal en fonction des valeurs de Nd pour les six tiroirs d'une
carte analogique. Quand le signal duPMest centré dans la fenêtre de lecture, la charge mesurée est maximale. Sinon, une partie du signal est perdue et la valeur de la charge mesurée diminue. On observe un plateau dans l'évolution de la charge en fonction de Nd. Pour être certain d'avoir
le front montant du signal du PM dans la fenêtre de lecture, la valeur de Nd choisie est celle
se trouvant sur la droite du plateau. Pour la plupart des tiroirs, la valeur optimale de Nd est
69. Cette faible dispersion est liée au fait que Nd représente la durée séparant l'arrivée de
l'événement à l'origine du déclenchement et l'ordre de lecture des ARSs. Cette durée dépend de la vitesse de l'électronique qui est la même pour tous les tiroirs et de la longueur des câbles entre les tiroirs et le module de déclenchement de la caméra qui varie peu d'un tiroir à l'autre. Une fois les valeurs de Nd correctement ajustées, le signal déclenchant l'acquisition des
caméras est centré dans la fenêtre de lecture. Une acquisition en mode échantillonnage permet de contrôler la forme et la position du signal dans la fenêtre de lecture comme sur la gure 8.2.
8.2. LES PARAMÈTRES D'ÉTALONNAGE 73