7.7 Création du signal électronique
8.1.3 Performances et limitations
Dans cette section, nous allons nous intéresser aux performances du détecteur d’un point de vue électronique puis nous discuterons les différentes incertitudes systématiques liées à cette stratégie de détection.
Concernant l’efficacité de l’auto-zéro associé à chaque piste, la figure 8.4 montre la distribution du courant sans (panneau de gauche) et avec (panneau de droite) correction d’auto-zéro. La correction de l’auto-zéro montre tout son intérêt car la dispersion (RMS) en courant a été réduite d’un facteur
∼160 et qu’elle vaut désormais 29 nA, ce qui est suffisamment petit pour utiliser les seuils codés
sur 5 bit (pas de 13,3 nA) [213]. Par ailleurs, il est intéressant de noter que le courant moyen résiduel est de -20 nA. Cela va alors impliquer un seuil effectif nécessairement plus important que celui de consigne.
La figure 8.5 (gauche) présente la distribution de la valeur du seuil de référence Iseuil de chacune
8.1 Mesure de la trace en 3 dimensions
FIGURE8.4 – Distribution des courants continus sans (à gauche) et avec (à droite) correction de
l’auto-zéro. Cette figure est extraite de [213].
FIGURE 8.5 – Gauche : distribution de la valeur du seuil de référenceIseuil de chacune des pistes d’un
même ASIC en ayant fixéIDAC= 3pour l’ensemble des pistes. Droite : distribution du seuil effectif associé
à chacune des pistes dans le même cas que celui du panneau de gauche. Figure extraite de [214].
la valeur moyenne correspond bien à celle attendue, i.e.Iseuil = 200/15×3 ∼ 40nA, et que la
dispersion autour de cette valeur moyenne est relativement faible (RMS = 1,85 nA).
La figure 8.5 (à droite) présente le seuil effectif associé à chacune des pistes dans le même cas
que précédemment, c’est-à-dire avecIDAC= 3pour l’ensemble des 64 pistes de l’ASIC. Ce seuil
effectif correspond au courant minimal requis pour que le comparateur signale le déclenchement de la piste considérée. On remarque encore une fois que la distribution est assez homogène bien que la dispersion soit plus importante que dans le cas précédent (RMS = 80 nA). Cette dispersion est due à l’efficacité de la correction de l’auto-zéro entre les différentes pistes d’un même ASIC que l’on a constaté sur la figure 8.4. On remarque également que le courant minimal requis pour déclencher le comparateur est supérieur au courant de référence. Ceci est expliqué par deux phénomènes : – le courant en entrée étant pulsé et non continu, la valeur minimale du pic de courant doit être
plus important afin de faire basculer le comparateur.
8.1 Mesure de la trace en 3 dimensions
FIGURE 8.6 – Distribution des seuils de consigne IDAC associée aux 512 voies d’électronique. Cette
distribution a été obtenue après auto-calibration, c’est-à-dire qu’il s’agit des valeurs de seuil minimale pour être au-dessus du bruit de fond électromagnétique environnant. Cette figure est extraite de [213].
Ainsi, il va falloir rajouter d’autant plus de courant en entrée sur les pistes afin de compenser cette composante continue négative.
Finalement, à part une piste de l’ASIC, toutes ont un seuil effectif comparable et cela devrait per-mettre d’avoir une très bonne homogénéité de la sensibilité de déclenchement des pistes.
Avec des seuils de l’ordre de la dizaine de nano-Ampère, l’électronique doit fonctionner dans un environnement isolé au maximum du bruit de fond électromagnétique. Cependant, on ne peut jamais totalement s’en affranchir. Ainsi, il faut fixer les seuils des pistes à un certain niveau de consigne qui va permettre à l’électronique de ne plus être sensible à ce bruit de fond. Cela va per-mettre de ne déclencher que les pistes ayant collecté des charges issues d’un événement. Pour y parvenir, une auto-calibration du détecteur a été mise en place et permet alors, par un processus
itératif, de régler le seuil de consigneIDAC de chacune des pistes de manière optimale, i.e. le plus
bas possible sans être sensible au bruit de fond électromagnétique. La figure 8.6 présente la
dis-tribution de IDAC des 512 voies d’électronique associées aux 512 pistes de l’anode. On voit alors
une répartition assez homogène du seuil de déclenchement avec une valeur moyenne de 6 et un écart type de 2. Seule une petite dizaine de pistes ont des valeurs de consigne plus élevées. Cela témoigne du fait que l’auto-zéro ne semble pas fonctionner de manière optimale, mais ne signifie pas néanmoins que ces pistes ont un seuil effectif plus élevé. Ces dernières auront alors une même sensibilité à l’induction de courant.
Une autre source de limitation associée à cette stratégie de détection vient de la discrétisation spa-tiale en trois dimensions de l’espace. On utilise pour cela une anode pixelisée avec un pas de 424
µm pour le plan (X,Y) et une discrétisation par tranche de20×vdµm, avecvdla vitesse de dérive
8.1 Mesure de la trace en 3 dimensions
e
Number of primary electrons N
5 10 15 20 ) [%]e P(coinc|N 0 50 100
Number of primary electrons
10 102 103 Mean distance [mm] 0 1 2 3 = 0.424 [mm] t σ = 0.848 [mm] t σ = 1.27 [mm] t σ = 1.7 [mm] t σ = 2.12 [mm] t σ
FIGURE 8.7 – Gauche : probabilité d’avoir une coïncidence spatiale pour un échantillon temporel en
fonction du nombre d’électrons contenus dans ce dernier. Droite : distance moyenne entre le vrai barycentre et celui mesuré par l’acquisition de MIMAC en fonction du nombre d’électrons contenus dans le même
échantillon temporel. Ces résultats ont été obtenus en considérant des diffusions transversalesσtallant de
424µm à 2,12 mm.
Comme nous avons pu le voir plus haut, les pixels sont reliés à une unique voie X ou Y. Ainsi, il est nécessaire d’avoir au minimum deux pixels appartenant l’un à une voie X et l’autre à une voie Y pendant le même échantillon temporel afin d’avoir une mesure de la localisation de la charge. Cette condition, appelée coïncidence spatiale, va donc imposer une certaine efficacité de détection de dépôt de charge sur l’anode. En faisant les hypothèses suivantes :
– la grille possède une transparence de 100% aux électrons
– toutes les pistes ont le même seuil et sont sensibles à l’électron unique. Notons que cette hypo-thèse est valable tant que le gain d’amplification est supérieur à 3000.
La probabilité d’obtenir une coincidence spatiale en fonction du nombre d’électrons primaires
contenus dans un même échantillon temporelP(coinc|Ne)est définie par :
P(coinc|Ne) = 1− 1 2 Ne−1 . (8.1)
La figure 8.7 (gauche) représente l’évolutionP(coinc|Ne)en fonction deNe. Celle-ci montre que
l’efficacité de coïncidence augmente très rapidement avec le nombre d’électrons primaires col-lectés par échantillon temporel. Il est à noter qu’avec un minimum de 10 électrons primaires par tranche temporelle, la probabilité d’obtenir une coïncidence spatiale est de 99,8%. Ce résultat est très important car il va nous permettre de comprendre la présence de trous dans nos traces corres-pondant à des échantillons temporels sans coïncidences.
Une autre incertitude systématique vient de la détermination de la position du centre de gravité du dépôt de charge sur le plan (X,Y). La figure 8.7 (droite) présente la distance moyenne entre le centre de gravité reconstruit et le vrai en fonction du nombre d’électrons primaires collectés par
échantillon temporel et en fonction de la diffusion transverse σt. On remarque tout d’abord que
8.2 Mesure de l’énergie
FIGURE 8.8 –Trace en trois dimensions mesurée par le détecteur MIMAC auprès du champ de neutrons
AMANDE. Cet événement correspond à un candidat Fluor de 50 keV ionisation. Ce dernier a été obtenu
dans un mélange gazeux de 70% CF4+ 30% CHF3à 50 mbar, avec un champ de dérive de 170 V/cm.
deux barycentres diminue en augmentant le nombre d’électrons primaires collectés dans un même échantillon temporel. Il est important de noter qu’une diffusion transverse de 1 mm correspond à
une dérive d’environ 16 cm dans 70% CF4 + 30% CHF3 à 50 mbar avec un champ électrique de
dériveEdde 100 V/cm. On en déduit alors que l’erreur moyenne sur la position du barycentre des
charges est 1,2 mm avec deux électrons primaires et de∼700µm avec 10 électrons primaires dans
le cas d’une distance de dérive de 25 cm. Ce résultat va alors imposer une certaine limitation sur la résolution spatiale et angulaire du détecteur.