Test à Modane avec la moitié du détecteur

Le premier test in-situ au laboratoire souterrain a eu lieu en mars 2017. Cette phase de mise en service s’est déroulée sur une moitié du détecteur (côté France) seulement car

CHAPITRE 3. LE SYSTÈME DE DÉCLENCHEMENT ET D’ACQUISITION DE L’ÉLECTRONIQUE

Figure3.26 – Premier signal issu d’un photomultiplicateur obtenu dans une carte frontale calorimètre de SuperNEMO.

l’autre moitié (côté Italie) était en cours de montage. Ce test en conditions réelles avait plusieurs objectifs :

• exploiter pour la première fois les modules optiques du module démonstrateur de SuperNEMO (sans blindage) et ses cellules Geiger en environnement souterrain ; • tester tous les modules optiques du mur français avec et sans source ponctuelle (de

60Co et de22Na) ;

• utiliser les 16 voies d’une même carte frontale du calorimètre ; • tester la partie acquisition de données pour une carte frontale ;

• utiliser une version simplifiée de la logique du trigger dans une carte contrôleur émulant le comportement attendu de la carte trigger ;

• utiliser et configurer un châssis de haute-tension calorimètre ; • utiliser le système d’injection du gaz du trajectographe ;

• installer un prototype de l’environnement réseau dans le laboratoire souterrain et établir une connexion depuis l’extérieur.

Le nombre de cartes frontales, de haute tension et de câbles étant alors très limité car en cours de production, il n’était possible de brancher au maximum que 12 modules optiques (sur une carte frontale) pour le calorimètre. Afin de gagner en efficacité géométrique, il a été décidé de brancher six modules optiques centraux de deux colonnes plutôt que une colonne entière. Pour le trajectographe, la carte de répartition de la haute tension servant à alimenter 36 cellules Geiger est tombée en panne quelques jours avant le début de la phase de test. Une solution de remplacement a été trouvée dans l’urgence mais seulement une rangée de neuf cellules put être exploitée.

Les premiers tests ont été effectués avec le calorimètre seulement car le trajectographe n’était alors pas exploitable au début de cette phase de test. Des mesures avec et sans source radioactive ont eu lieu afin de tester la réponse des modules optiques. Les sources utilisées étaient de 60Co et de 22Na placées derrière une plaque fermant le détecteur de traces, de manière à disposer d’un flux d’électrons Compton dirigé de la plaque vers le

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mur du calorimètre. Une étanchéité à la lumière a du être réalisée afin d’obstruer l’arrière des modules optiques (voir photos3.27).

Figure3.27 – Câblage du calorimètre (photo de gauche) et étanchéité à la lumière avec un film noir (photo du milieu) et une grande bâche noire (photo de droite).

Pour le trajectographe, plusieurs problèmes ont empêché de réaliser une prise de don-nées de qualité. Le gaz utilisé pour remplir la chambre à fils n’était pas de l’hélium mais de l’argon car l’étanchéité du détecteur n’était pas garantie. L’hélium est un gaz hautement diffusif aurait alors pu investir l’atmosphère avoisinante du calorimètre et contaminer les photomultiplicateurs par franchissement du verre des ampoules. La collaboration n’a pris aucun risque à ce sujet. Par ailleurs, les seuils en amplitude sur les signaux du trajecto-graphes étaient mal réglés car l’amplitude des signaux produits dans l’argon n’était pas connue. Tous les tests précédemment effectués sur des cellules de la chambre ont été faits avec de l’hélium. Le réglages de seuils arbitraires pendant cette phase n’a pas permis de garantir la bonne collection de l’ensemble de temps (sept timestamps au total) consti-tuants les données pour chaque cellule Geiger touchée. De plus, l’argon diffusait mal dans le volume de la chambre à fils et n’atteignait manifestement pas sa partie haute. Le plasma créé s’effondrait avant d’être collecté par la cathode supérieure. Les conditions ont donc été particulièrement mauvaises pour pouvoir exploiter correctement le trajectographe.

Pour le trigger et l’acquisition de données avec l’électronique, nous utilisions donc une carte frontale calorimètre. Celle-ci construisait les primitives trigger si un signal était au dessus du seuil haut. Après transmission des primitives vers la carte contrôleur, celle-ci construisait ou non une décision L1 qui induisait directement une décision L2. Le déclen-chement de l’acquisition débutait dès qu’une décision L2 était validée. Une porte de 1 ms était ouverte afin de récupérer tous les signaux issus du calorimètre et du trajectographe. A posteriori, cette porte d’acquisition est apparue trop longue et il pouvait y avoir une superposition de différents évènements physique. Nous avons également observé dans les données que la fenêtre dite post-trig des ASICs SAMLONG était mal réglée car trop longue pour l’acquisition des signaux du calorimètre. Une partie du signal et donc de la charge était manquante. L’analyse de la forme du signal ainsi que des données issues des cartes frontales ont mis en évidence un certain nombre d’erreurs de calcul (problème d’arrondi numérique) qui ont pu être corrigées.

Cette phase de test au laboratoire souterrain de Modane a été enrichissante et a mon-tré le bon fonctionnement de l’électronique notamment sur la construction des primitives

CHAPITRE 3. LE SYSTÈME DE DÉCLENCHEMENT ET D’ACQUISITION DE L’ÉLECTRONIQUE trigger du calorimètre ainsi que sur la prise de décision et l’acquisition des données. Plu-sieurs problèmes de paramètrage ont été identifiés. Cela a conduit à des corrections et amélioration du firmware des cartes frontales ainsi qu’à une meilleure compréhension de l’électronique. Malgré les difficultés pour faire fonctionner le trajectographe de manière optimale, il a été possible de collecter quelques événements complets déclenchant non seulement le calorimètre mais également suffisamment de cellules Geiger pour identifier une trace d’électron significative en coïncidence (figure3.28).

Figure3.28 – Premier événement complet acquis dans le détecteur SuperNEMO. La source de cobalt placée derrière la plaque métallique de fermeture du trajectographe permet d’obtenir, par

diffusion Compton, des électrons traversant la chambre à fils. Une trace d’électron est ainsi identifiée et associée à un module optique déclenchant dans le mur du calorimètre (côté France)

avec une énergie déposée dans le scintillateur d’environ 800 keV. L’utilisation du gaz argon ne permet pas ici de calibrer le rayon de dérive des avalanches Geiger dans chaque cellule touchée et

d’obtenir un ajustement rectiligne cohérent de la trajectoire de la particule.