R´ eglage du comptage

Lorsque nous avons re¸cu les deux boˆıtiers ´electroniques accompagnant le d´etecteur, nous avons pass´e le plus gros de notre temps `a chercher le meilleur r´eglage des lignes

11_{l’alimentation doit fournir davantage `a cause de la chute de tension due `a une r´esistance de 1 MΩ}

`

a retard. Bien ajuster le gain et le seuil `a chaque bout de ligne est n´ecessaire pour distinguer le signal du bruit afin de rater le moins possible d’´ev´enements. En parall`ele nous nous sommes battus contre les diff´erentes sources de bruit qui se rajoutaient au bruit ´electronique. C’est ce que d´ecrit cette partie. La figure 3.8 compare les situations pour l’ancien syst`eme de d´etection (figure 1.18) et pour le nouveau.

Mise en forme Discriminateur Ampli Rapide Anode Ordinateur (carte d'acquisition)

largeur temps mort amplitude 1 ns 10 ns 12,5 ns 300 ns 600 ns 25 ns 0,1 mA 1 V NIM TTL pas : 50 ns Codage Discriminateur Ampli Rapide Anode Ordinateur

largeur temps mort amplitude 5 ns 10 ns 30 ns 30 ns 1 mA 200 mV NIM numérique pas : 400 ps

Fig. 3.8 – Comparaison des deux chaˆınes de d´etection : ancienne `a gauche et nouvelle `

a droite.

3.2.2.1 Isolement

Les impulsions ´electriques qui sortent des lignes `a retard doivent ˆetre amplifi´ees avant de passer dans le seuil et le discriminateur. Il est crucial que le signal avant cette amplification soit tr`es propre. Sinon, comme l’amplification se fait `a rapport signal `a bruit constant, on devra mettre le seuil tr`es haut, et on manquera presque tous les ´ev´enements.

C’est dans le but d’am´eliorer le rapport signal `a bruit que sur chaque ligne `a retard un fil de r´ef´erence est ajout´e au fil de signal. Ainsi tout le bruit qui survient sur la ligne affecte aussi bien l’un que l’autre, et il est donc rejet´e en mode commun. Cela immunise contre le rayonnement ´electromagn´etique, dont les sources sont nombreuses et vari´ees sur notre montage : cellules d’h´elium dont le plasma est excit´e par radio- fr´equence, commutation des alimentations, des interrupteurs de puissance (IGBT), ... Contrairement aux quatre autres, le signal issu de la face d’entr´ee n’a pas de r´ef´erence. Il est donc beaucoup plus sensible au bruit. On a ainsi observ´e un bruit de fr´equence ≈ 27 MHz ≈ 11 m. Pour le rejeter comme cela est fait dans les autres fils, nous devions donc ajouter un autre cˆable qui fasse autant antenne que celui-ci. Pour qu’il soit le plus semblable possible, nous avons utilis´e le cˆable qui ´etait destin´e `a polariser une ´eventuelle grille `a mettre au-dessus des galettes. Il rejoint ensuite le boˆıtier DLA-TR6 avec la mˆeme longueur de fil, et c’est dans le boˆıtier qu’il a ´et´e connect´e comme r´ef´erence de tension sur l’amplificateur, au lieu de la masse. Ce cˆable r´ecup`ere donc exactement le mˆeme bruit, et grˆace `a la mesure diff´erentielle de tension, le bruit est rejet´e. Par contre le bruit qui touche diff´eremment les deux fils n’est pas rejet´e. Toutefois, on constate exp´erimentalement une r´eduction du bruit tr`es suffisante.

Il est n´eanmoins rest´e un peu de bruit et un effet parasite. Le bruit est du bruit de rayonnement r´esiduel. On s’en est affranchi en blindant les cˆables qui relient l’enceinte

`

a vide au boˆıtier ´electronique. On a fait un blindage de l’ensemble `a l’aluminium, en faisant bien attention `a relier les masses cˆot´e boˆıtier et enceinte `a vide.

Il reste encore un parasite : les « rebonds ». Ils se produisent lorsque l’impulsion rencontre une interface entre deux imp´edances non-adapt´ees. Cela arrive notamment au niveau du passage ´electrique entre les fils de l’enceinte `a vide et les cˆables coaxiaux `

a l’ext´erieur. Les cˆables coaxiaux sont accord´es sur la charge de 50 Ω `a l’entr´ee de l’amplificateur, tandis que les fils sous vide auraient une r´esistance de l’ordre de quelques ohms. Ces rebonds sont de mˆeme signe ou de signe oppos´e. Lorsqu’ils sont de mˆeme signe, malgr´e l’att´enuation, ils sont assez nettement au dessus du bruit, et si l’on veut ´

eviter des d´eclenchement intempestifs du discriminateur, on ne conserve qu’une faible fraction des ´ev´enements. Le premier rebond, celui d’amplitude la plus grande, parvient `

a l’amplificateur avec un retard de 50 ns apr`es l’´ev´enement v´eritable. Pour le traiter a posteriori, on devrait donc ajouter un temps mort du mˆeme ordre de grandeur. Si cette solution reste envisageable, on a pr´ef´er´e modifier les cˆables en ajoutant des r´esistances. Ceci n’´elimine pas totalement les rebonds, mais permet de les ramener `a une amplitude suffisamment faible pour qu’ils ne gˆenent pas trop. En l’´etat actuel des choses, la position du seuil des discriminateurs est donc limit´e par ces rebonds, et non par le bruit.

Pour les questions sur le bruit ´electromagn´etique, et notamment sur le blindage, on s’est r´ef´er´e aux r´ef´erences [102].

3.2.2.2 Seuil de discrimination

Pour ajuster le niveau des seuils, nous avons trac´e le nombre de coups vus par chaque discriminateur en fonction de ce niveau. Le r´esultat peut a priori ˆetre compar´e `a la courbe de distribution des hauteurs de coups fournie par le constructeur des galettes `

a micro-canaux, et correspondant `a un ´etalonnage r´ealis´e sur nos deux galettes, mont´ees dans la mˆeme configuration. La mesure que nous faisons doit donner une courbe qui soit l’int´egrale de cette distribution de hauteurs de coups (voir la figure 3.9). Lorsque

hauteur la plus probable

zone du bruit h au te u r d es c o u p s n iv ea u d u s eu il nombre de coups nombre de coups

Fig. 3.9 – Seuil du discriminateur : distribution des hauteurs de coups et courbe de discriminateur : allure des courbes.

le niveau de seuil s’abaisse, on doit trouver une augmentation monotone du nombre de coups d´etect´es, lente d’abord puis qui s’acc´el`ere quand on arrive `a la hauteur la plus

probable, et qui enfin ralentit. Si l’on va trop bas, le bruit fait exploser le nombre de coups d´etect´es. Ce bruit est d’origine ´electronique.

Malheureusement, la courbe que nous obtenons ne correspond pas. On se reportera aux courbes des figures 3.11 pour la courbe attendue et 3.10 pour la courbe mesur´ee. La figure 3.11 a beau montrer une courbe large, on y distingue nettement un maximum. Mais, sur la figure 3.10, nous ne voyons pas de point d’inflexion qui marquerait la hauteur de coup la plus probable. Manifestement il y a un bruit suppl´ementaire qui, survenant dans une zone interm´ediaire (en amplitude) entre le bruit ´electronique et la hauteur la plus probable, modifie la forme de la courbe. Ce bruit suppl´ementaire pourrait ˆetre dˆu `a des rebonds du signal, suite `a une mauvaise adaptation d’imp´edance. Nous avons essay´e de faire des mesures avec un temps mort, pour ´eviter les rebonds : elles n’ont pas ´et´e concluantes, dans le sens o`u elles ne permettent pas de retrouver la courbe id´eale. La figure 3.10 montre des courbe de seuil pour diff´erentes tension de polarisation. On peut y comparer le flux brut donn´e par la chaˆıne de d´etection, et le flux donn´e lorsque le signal est filtr´e par un filtre passe-bas. Ces courbes permettent au moins de situer `a partir de quel niveau commencent `a intervenir les rebonds : vers un seuil de 3. Les points pour la tension de 2000 V, peu coh´erents avec le reste s’expliquent sˆurement par le fait que le gain de la galette n’est pas satur´e. A partir de 2100 V, le gain augmente encore un peu, mais tout semble se stabiliser. Pour v´erification, nous avons aussi trac´e la fonction d´elai correspondant aux coups enregistr´es sur une voie de la d´etection. Lorsqu’il y a des rebonds, cela se manifeste par un accumulation de coups aux temps courts. Cela nous a permis de v´erifier que nous savons nous placer dans une zone o`u ces rebonds sont n´egligeables. Cela correspond `a environ 10 % d’atomes qui ne sont pas d´etect´es car leur impulsion est pass´e sous le seuil. Le niveau moyen de nos impulsions est de 200 mV, le seuil est autour de 50 mV.

7x106 6 5 4 3 2 1 0 flu x no rm al is é à 1 20 0 00 0 (c ps /s ) 5 4 3 2 1

seuil (vernier du boîtier Roentdek)

2000 V et filtre 2000 V sans filtre

2100 V et filtre 2100 V sans filtre

2200 V et filtre 2200 V sans filtre

Fig. 3.10 – Courbe de seuil exp´erimentale, mesur´ee sur la chaˆıne de d´etection RoentDek pour diff´erentes tensions de polarisation. Les courbes « avec filtre » correspondent `a des courbes obtenues en rajoutant un filtre passe-bas sur le signal.

3873 coups

FWHM : 93 % tension : 2200 V nombre de coups

hauteur de l'impulsion

3.2.2.3 Equilibrage des lignes´

Ce qui pr´ec`ede sugg`ere que pour r´egler les seuils on prend chaque voie ind´ependam- ment, et qu’en variant le niveau du seuil on l’adapte `a la distribution de hauteur de coups sur cette voie. La r´ealit´e est un peu plus compliqu´ee. C’est bien ce qui se passe pour r´egler le seuil sur la voie du signal provenant de la galette. Ce r´eglage est ind´epen- dant. Par contre, concernant les quatre voies correspondant aux extr´emit´es des lignes `a retard, il y a un seul niveau de seuil. Le seuil est donc optimis´e seulement lorsqu’on a ´equilibr´e le gain de l’amplification pr´ealable. Les gains ont ´et´e ajust´es sur chaque voie de sorte `a ce que le nombre total de coups d´etect´es pour un seuil donn´e soit le mˆeme sur chaque voie. Le r´eglage du seuil et celui des gains sont donc imbriqu´es.

L’´equilibrage des lignes est une chose facile `a v´erifier en routine : il suffit de v´erifier qu’il y a autant de donn´ees sur chaque voie. Notons que si tel n’´etait pas le cas nous ne courrions pas `a la catastrophe. Dans la mesure o`u `a pr´esent nous reconstruisons les ´ev´enements selon la proc´edure qui a ´et´e d´ecrite ci-dessus (voir le 3.1.3), proc´edure qui ne prend en compte que les ´ev´enements pour lesquels il y a eu un coup sur chaque voie, on a une certaine marge.

Pour ´equilibrer les voies entre elles, il faut aussi ajuster les hautes tensions (voir 3.2.1) : le potentiel de la plaque doit ˆetre impos´e en fonction de celui des lignes `a retard. Les deux r´eglages ne sont pas ind´ependants. En effet, il faut avoir plac´e le seuil `a un niveau raisonnable pour mesurer sur chaque voie un flux de coups d´etect´es qui ait une signi- fication, et donc pouvoir l’utiliser pour r´egler les hautes tensions. Inversement, chaque nouveau jeu de valeurs pour la haute tension am`ene `a refaire le r´eglage des seuils car cela modifie la hauteur des coups. Le processus de r´eglage est donc it´eratif. Nous avons converg´e vers une situation o`u nous ne voyons pour ainsi dire pas de rebonds, et o`u les flux sortant sur chaque voie sont comparables, `a 30 % pr`es.