Pour cette exp´erience le spectrom`etre VAMOS permet de mesurer l’´energie des protons
p’(Bρ=0.649-0.790 T.m) le traversant, tout en rejetant le faisceau incident de19Ne (Bρ=0.866
T.m) ainsi que les ions dont l’´energie n’est pas compatible avec l’acceptance ou la rigidit´e magn´etique du spectrom`etre.
4.2.1
Caract´eristiques techniques
Le spectrom`etre VAMOS (Variable Angle MOde Spectrometer) [68, 69, 70] est un instru- ment situ´e `a GANIL. Comme indiqu´e sur la figure 4.1, il est compos´e de deux quadrupˆoles magn´etiques. Les caract´eristiques de ces derniers donnent au spectrom`etre une grande accep- tance angulaire, jusqu’`a 80 msr, et jusqu’`a ±25% en rigidit´e magn´etique. Le dipˆole magn´etique permet de cr´eer une dispersion des particules en fonction de leur rigidit´e magn´etique. Enfin un filtre de Wien (qui n’est pas repr´esent´e car il n’a pas ´et´e utilis´e pour cette exp´erience) peut-ˆetre utilis´e pour faire une s´election en vitesse des particules. L’ensemble du spectrom`etre peut ˆetre tourn´e jusqu’`a 60˚. En fonction des besoins, diff´erentes configurations peuvent ˆetre employ´ees : utilisation des quadrupˆoles seuls, utilisation des quadrupˆoles et du dipˆole ou utilisation de l’ensemble quadrupˆoles, dipˆole, filtre de Wien.
Le syst`eme de d´etection de VAMOS pour cette exp´erience se compose successivement : – de deux caissons de chambres `a d´erive, contenant chacun deux chambres `a d´erive per-
mettant la mesure de la position suivant les axes X et Y des particules les traversant puis de reconstruire les angles de ces derni`eres. Les caract´eristiques des caissons des chambres `a d´erive sont donn´ees dans la section 3.3. Pour l’exp´erience, la pression d’isobutane ap- pliqu´ee est de 40 mbar avec des tensions de 1000 V sur les fils et de -2200 V sur les cathodes.
4.2. Le spectrom`etre VAMOS
Fig. 4.1 – Sch´ema du dispositif exp´erimental (adapt´e du sch´ema de M Caamano).
– d’une s´erie de trois chambres d’ionisation donnant une perte d’´energie ∆E (proportion- nelle `a la charge Z). Une pression de 90 mbar, une tension de cathode de -1000 V et une tension sur les fils de 240 V et de 720 V sur les pistes de d´etection ont ´et´e choisies. – et enfin d’un scintillateur plastique ´epais qui arrˆete les particules. Il fournit l’information
sur leur ´energie r´esiduelle ainsi qu’un signal temps. Ce dernier constitue un des deux d´eclenchements de l’acquisition des donn´ees. Deux photomultiplicateurs sont coupl´es de chaque cˆot´e au scintillateur pour mesurer la lumi`ere produite par les particules.
Les chambres d’ionisation n’ont pas ´et´e r´egl´ees pour voir un signal proton, car cette infor- mation est inutile. Cependant, elles sont utilis´ees pour r´ecup´erer une information sur la perte d’´energie d’´eventuelles particules plus lourdes. Une plaque de plomb rectangulaire (appel´ee beam catcher sur la figure 4.1) de 9 mm d’´epaisseur et de 96 mm de hauteur a ´et´e ajout´e `a la sortie du dipˆole pour assurer la protection des d´etecteurs contre d’´eventuelles particules du
faisceau incident. En effet si la diff´erence entre la rigidit´e magn´etique du dipˆole Bρref et celle
du faisceau incident (Bρ = 0.866 T.m) devient inf´erieure `a 25 % alors il faudra d´eplacer cette plaque pour bloquer une ´eventuelle traine de faisceau incident qui risquerait d’endommager les chambres `a d´erive.
4.2.2
Principe du processus de reconstruction
Le spectrom`etre VAMOS permet une caract´erisation et une identification non ambigu¨e des particules qui le traversent (voir la figure 4.2). Les chambres `a d´erive de VAMOS permettent de reconstruire la position horizontale X `a partir des charges collect´ees sur les pistes qui tapissent toute la largeur des chambres. La position verticale Y est reconstruite `a partir du temps de d´erive des ´electrons obtenu entre le signal de d´eclenchement dans le plastique et le signal des fils d’amplification des chambres `a d´erive (voir l’annexe B.1.2). Les distances s´eparant les chambres `a d´erive du point cible sont not´ees sur le sch´ema 4.1. Pour cette exp´erience, les chambres ont ´et´e ´eloign´ees le plus possible l’une de l’autre pour am´eliorer la r´esolution angulaire. La position
(Xf, θf, Yf et φf) au plan image (fig. 4.1) de la particule est d´etermin´ee `a partir des mesures
de position sur les plans de pistes de d´etection des chambres `a d´erive.
La position des particules au plan image de VAMOS d´epend du mode optique choisi. Dans cette exp´erience l’optique nominale de VAMOS est utilis´ee. En effet c’est elle qui donne la
meilleure r´esolution en moment estim´ee en th´eorie `a 10−3[70], l’analyse compl`ete de la r´esolution
du spectrom`etre est donn´ee dans la section 6.7. VAMOS est souvent qualifi´e de spectrom`etre
« logiciel » : en effet la mesure de la position de la particule au plan image est compar´ee avec
des trajectoires simul´ees, dont les caract´eristiques initiales (Bρ, θi, φi et L) sont connues. Toute
cette description correspond `a la partie (a) de la figure 4.2, seule cette partie est r´eellement utilis´ee pour cette exp´erience.
La partie (b) de la figure 4.2 pr´esente le processus d’identification. Celui-ci n’est pas indis- pensable dans cette exp´erience. A partir de la mesure de temps de vol, de la perte d’´energie dans les chambres d’ionisation et de l’´energie totale des particules il est possible de d´eterminer la masse et l’´etat de charge de la particule. A noter qu’`a l’origine le spectrom`etre VAMOS a ´et´e con¸cu et optimis´e pour d´etecter et identifier des ions lourds. Son utilisation pour la d´etection et la mesure pr´ecise des ´energies de protons est in´edite. Tout un travail de reconfi- guration et d’adaptation des chambres `a d´erive a ´et´e n´ecessaire au pr´ealable : espacement des d´etecteurs, d´efinition de la pression et des tensions nominales de fonctionnement, modification des ´epaisseurs des fenˆetres d’entr´ee-sortie. Le d´etail de l’obtention des pressions et des tensions de fonctionnement est donn´e dans le paragraphe 3.3.