La lumière Čerenkov produite par le passage des particules des gerbes atmosphériques dans le détecteur est détectée par 3 photomultiplicateurs placés verticalement, regardant l'intérieur de la cuve à travers des hublots en plastique transparent fixés sur la partie supérieure du sac. La fenêtre d'entrée des PM est couplée optiquement au hublot grâce à de la colle optique (RTV Wacker Silgel 612). La colle permet non seulement de fixer le PM mais aussi d'optimiser la transmission des photons jusqu'à la photocathode.
Les 3 PM dans les cuves sont des XP1805/D1 avec un diamètre de 9 pouces (environ 23 cm) produits par la Société Photonis [b-41]. Toutes les caractéristiques de ce PM sont données dans la partie A-4.
L'embase des PM [b-42][b-43] est composée d'un module haute tension (HT) et d'un diviseur de tension. Le module HT, fabriqué par la Société ETL, permet de fournir une haute tension variable de 0 à 2000 V à partir d'une alimentation de 12 V et d'une tension de commande entre 0 et 2.5 V avec une faible consommation, au maximum 0.5 W. La stabilité de la tension fournie par le module HT doit être meilleure que 5 10-3 sur toute la gamme dynamique à cause de la relation entre le gain et la haute tension. La répartition des tensions dans le PM se fait par l'intermédiaire d'un pont diviseur de tension purement résistif (Figure B-12). Du fait de la proximité de la fenêtre du PM avec l'eau, la polarité de l'embase est positive avec la photocathode à la masse. La répartition utilisée est de type B (répartition non linéaire de la tension entre les différents étages du multiplicateur), optimisée pour avoir une meilleure linéarité. Des résistances d'amortissement ont été mises sur les derniers étages du multiplicateur pour éviter des sur-oscillations après de grosses impulsions.
Figure B-12 : Schéma de l'embase pour le photomultiplicateur d'Auger.
L'embase a été conçue pour un gain nominal des PM de 2 105 pouvant être étendu à 106.
Dynode Résistances
d’amortissement
Alim HT
quelques photoélectrons à environ 10 photoélectrons. Pour couvrir toute la gamme dynamique, le signal est pris sur 2 sorties différentes du multiplicateur: l'anode et la dernière dynode (nommée simplement dynode). Le signal de la dynode est amplifié par un amplificateur à 2 étages basé sur le composant AD812 composé d'un inverseur suivi d'un amplificateur de tension. Le rapport en charge entre ces 2 sorties est d'environ 32. L'utilisation des deux sorties permet de mesurer en même temps avec une bonne précision des signaux faibles laissés par des particules isolées sur la dynode (détecteur loin du cœur de la gerbe) et des forts signaux sur l'anode (détecteur proche du cœur).
Figure B-13 : Protection du photomultiplicateur.
L'embase et le PM, une fois testés, sont protégés de l'extérieur par un capot rigide en plastique noir (Figure B-13). Une fine couche de résine siliconée (RTV-12 fabriqué par General Electric) est appliquée sur le dessus et sur le dessous de l'embase pour empêcher l'humidité de s'infiltrer (méthode du « potting »). La réponse des PM varie avec l'orientation par rapport au champ magnétique terrestre. Pour avoir une bonne homogénéité de la réponse des PM sur tout le réseau, les PM, lors du montage dans les détecteurs, sont orientés tous de la même façon. Plusieurs tests [b-45][b-46] ont été réalisés pour déterminer la meilleure orientation (maximisant le gain du PM). Les 3 PM de chaque cuve sont numérotés de 1 à 3 dans le sens des aiguilles d'une montre, le PM 1 étant placé au Nord.
B-2.4.2 Electronique
L'électronique locale d'un détecteur [b-39][b-47] (autrement appelé station) est principalement composée d’une carte « Front-end » et d’une carte électronique (Unified Board) comprenant les modules un contrôleur de station (micro processeur), une partie « slow control », une électronique de marquage temporel à base d'un GPS. La Figure B-14 montre un schéma d'ensemble. L'ensemble de l'électronique est placé dans une boite métallique, placée à l’extérieur de la cuve au dessus du PM numéro 1 et protégée par un couvercle en aluminium.
La carte électronique « Front-end » traite les signaux analogiques des PM, active le premier niveau de déclenchement de l'acquisition (T1) et fournit des données mises en forme
dynode (bas gain) de chaque PM sont filtrés avec un filtre de Bessel à 5 pôles avec une fréquence de coupure de 20 MHz, puis échantillonnés à 40 MHz par 6 FADC (Flash Analog to Digital Converter, AD9203) de 10 bits. Toutes les 25 ns, les sorties des 6 FADC sont transmises au circuit «trigger/memory». Les parties déclenchement et mémoire sont réalisées en utilisant des PLD (Programmable Logical Devices). Ce circuit évalue le contenu de chaque bit des 3 dynodes (haut gain) pour identifier s'il passe le seuil du 1er niveau de déclenchement (T1). En même temps, les données des 6 voies sont stockées dans des mémoires tampons. Quand les conditions du T1 sont satisfaites (voir partie B-4.2.1 ), le circuit informe le micro contrôleur de la station.
Figure B-14 : Schéma général de l'électronique d'un détecteur du réseau de surface.
La synchronisation en temps de chaque station est réalisée en utilisant le système GPS (Global Positionning System). Le système GPS consiste en une constellation de satellites diffusant des signaux radio à partir desquels le temps et la position de chaque récepteur peuvent être déduits. Chaque station est équipée d'une antenne GPS qui fournit une impulsion toutes les secondes. Cette référence en temps permet de synchroniser l'horloge à 100 MHz utilisée pour le marquage en temps des signaux passant le niveau T1. La précision du marquage en temps est de 8 ns. Cette résolution en temps permet d'obtenir une précision angulaire de la direction de la particule incidente de l'ordre du degré.
L'alimentation de toute l'électronique de chaque cuve est fournie par deux panneaux solaires suppléés par 2 batteries. La puissance moyenne continue est de 10 W avec une tension de 24 V. Une carte spéciale, nommée micro TPCB (Tank Power Control Board)
permet de contrôler le bon fonctionnement du détecteur. Pour cela, les données des différents capteurs présents dans l'électronique de la station sont stockées comme le courant, la tension et la température des 3 embases des PM, les tensions fournies par le module TPCB, les différentes tensions d'alimentation des cartes électroniques… Par l'intermédiaire de ce module, il est possible de régler les tensions des PM, si nécessaire, à distance depuis le CDAS (Central Data Acquisition System). Les données une fois codées sur un ADC multiplexés de 12 bits sont envoyées au CDAS avec chaque événement.
Toute l'électronique locale de la station est pilotée par le contrôleur de station. Le contrôleur de station est un micro processeur (IBM 403 GCX power PC 80 MHz) muni du système OS9000. Le processeur gère le deuxième niveau de déclenchement (T2), l'acquisition de données, l'étalonnage, les fonctions de contrôle du détecteur et la transmission des données au CDAS par radio. Lorsque le contrôleur de station reçoit un signal disant que le T1 est activé, le processeur vérifie si les conditions du T2 sont satisfaites. Si c'est le cas, une première estimation de l'énergie déposée dans la cuve et du temps de déclenchement est envoyée au CDAS. Si les conditions du déclenchement de 3ème niveau (T3) sont satisfaites, le CDAS demande à chacune des cuves dont les signaux ont franchi le T1 d'envoyer toutes les données: les 6 traces des PM, les informations du déclenchement (temps, type de déclenchement) et les données de contrôle et d'étalonnage. L’étalonnage des détecteurs du réseau de surface et la définition des seuils de déclenchement seront décris en détail dans la partie B-4 . La Figure B-15 présente un schéma de principe des communications entre les cuves du réseau de surface et CDAS.