Cafe SEDI - 30 mars 2006Dan Burke - TPC Micromegas 1 Tests au Japon de la TPC Micromégas de lILC.
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Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 1
Tests au Japon de la TPC Micromégas de l’ILC
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Dan Burke - TPC Micromegas 2Cafe SEDI - 30 mars 2006
Introduction La TPC pour l’ILC
ILC et la TPC trois types d’amplificationdes tests pour ILC
Tests en faisceau à KEK théorie de la résolution (juin 2005)feuille résistif (octobre 2005)mystère du CF4 (janvier 2006)
Conclusions
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Dan Burke - TPC Micromegas 3Cafe SEDI - 30 mars 2006
ILC – International Linear Collider
Collisionneur linéaire d’électrons et positons
Quelques buts:
•Identité de la matière noire
•Etude détaillée du Higgs
•Recherche des dimensions supplémentaires
•Beaucoup d’autres
3 designs sur les 4 ont choisi une TPC comme tracker
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Dan Burke - TPC Micromegas 4Cafe SEDI - 30 mars 2006
TPC – Time Projection Chamber
E
Particule ionisante
Électrons séparés des ions
Les électrons diffusent et dérivent à cause du champ électrique
Le signal en temps et en X-Y
Bt
x
y
Un champ magnétique réduit la diffusion des électrons
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Dan Burke - TPC Micromegas 5Cafe SEDI - 30 mars 2006
Chambre à Fils
http://www.particle.kth.se/group_docs/particle/courses/xray_instr.html
La multiplication des électrons est fait près des fils
Soumis a des effets de ExB
B
B
E
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Dan Burke - TPC Micromegas 6Cafe SEDI - 30 mars 2006
GEM (Gas Electron Multiplication)
http://skappler.home.cern.ch/skappler/gem.htm
L’amplification est faite dans les trous des GEM
50µm
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Dan Burke - TPC Micromegas 7Cafe SEDI - 30 mars 2006
Micromégas50
µm
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Dan Burke - TPC Micromegas 8Cafe SEDI - 30 mars 2006
Micromégas
Diffusion et amplification des électrons
Lignes de champ électrique
L’entonnoir arrête le retour des ions positifs
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Dan Burke - TPC Micromegas 9Cafe SEDI - 30 mars 2006
Des tests pour la TPC de l’ILC
•Comparer les trois technologies dans les mêmes conditions
•Il faut un endroit avec un faisceau et un aimant
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Dan Burke - TPC Micromegas 10Cafe SEDI - 30 mars 2006
Trouvé une endroit
•CERN-les faisceaux ont été arrêtés en 2005 pour faire des économies pour le LHC
•DESY -électrons de 6 GeV; pas idéal pour nos tests
•FERMILAB-structure en temps du faisceau donne un fréquence d’événements de 0.25 Hz – trop lent
•KEK -un faisceau de pions à 4 GeV
-aimant JACEE de 1,2 T
-libre entre 2004 au fin 2005
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Dan Burke - TPC Micromegas 11Cafe SEDI - 30 mars 2006
PI2 à KEK avec l’aimant JACEE
KEK - Tsukuba
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Dan Burke - TPC Micromegas 12Cafe SEDI - 30 mars 2006
PI-2
4 GeV/c beam
Aimant JACEEdiamètre : 850 mmLongueur utile: 1 m
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Dan Burke - TPC Micromegas 13Cafe SEDI - 30 mars 2006
Les tests à KEK
•2004 – Chambre à fils
•avril 2005 – GEMs
•juin 2005 – Micromégas (P.Colas, A. Giganon, V. Lepeltier, T. Zerguerras)
•octobre 2005 – Micromégas avec feuille résistive en collaboration avec l’université de Carleton (D. Burke, P. Colas, A. Giganon, V. Lepeltier, T. Zerguerras)
•janvier 2006 – Tests en cosmiques en CF4 couplés à réunion T2K (D. Burke, P. Colas, A. Giganon)
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Dan Burke - TPC Micromegas 14Cafe SEDI - 30 mars 2006
Tests en faisceau à KEK – juin 2005
comprendre la résolution
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Dan Burke - TPC Micromegas 15Cafe SEDI - 30 mars 2006
MP-TPC
•384 canaux
•Pads de 2,3 x 6,3 mm
•Tests avec ArIso et ArCF4
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Dan Burke - TPC Micromegas 16Cafe SEDI - 30 mars 2006
MP-TPC (multi-prototype TPC)
Endplate fabriquée à Saclay
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Dan Burke - TPC Micromegas 17Cafe SEDI - 30 mars 2006
Display d’événement (software JTPC de D. Karlen)
Trace typique, seulement 1-2 pads touchés
À 4T presque uniquement 1 pad
t
x
y
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Dan Burke - TPC Micromegas 18Cafe SEDI - 30 mars 2006
A petite dérive la charge tombe sur seulement un pad. Il est impossible de calculer un barycentre et la résolution devient moins bonne.
e-
La dépendance en ‘Z’ de la résolutionLa dépendance en ‘Z’ de la résolutionLa dépendance en ‘Z’ de la résolutionLa dépendance en ‘Z’ de la résolution
Z
12
0pitch
z
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Dan Burke - TPC Micromegas 19Cafe SEDI - 30 mars 2006
La résolution
Avec un gaz à faible diffusion ou un grand champ magnétique, la résolution spatiale est limitée par le pas des pads.
ZNC effDx )/( 220
effN
pitch
120
Résolution à grande dérive: Résolution à petite dérive:
12
0pitch
z
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Dan Burke - TPC Micromegas 20Cafe SEDI - 30 mars 2006
Théorie analytique
Calculation for Ar+5% isobutane with Magboltz diffusion coeff. for B=0, 0.5 and 1 T, <1/N>=1/46 and Polya fluctuations with =0.5, pad pitch = 2.3 mm
(Keisuke Fujii)
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Dan Burke - TPC Micromegas 21Cafe SEDI - 30 mars 2006
SimulationSimulation de la résolution transverse d’un TPC Micromégas (par Khalil Boudjemline, Carleton U. Ottawa)
CD=193μm/√cm Ne=28 (fitted)
A petite dérive la résolution est limitée par la largeur des damiers
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Dan Burke - TPC Micromegas 22Cafe SEDI - 30 mars 2006
Résolution vs. Distance de dérive à B=0.5T
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150 200 250 300
distance de dérive (mm)
réso
luti
on (
mm
)
Data
Theory
Résolution – Données
Les données sont en accord avec la théorie analytique et les simulations.
Comment améliorer la résolution à petite dérive?
ArIso – 220 V/cm
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Dan Burke - TPC Micromegas 23Cafe SEDI - 30 mars 2006
Une solution pour répartir les charges sur plusieurs pads:
Une feuille résistive
M. Dixit, Carleton U, Ottawa
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Dan Burke - TPC Micromegas 24Cafe SEDI - 30 mars 2006
Grille Micromégas
Feuille Résistive
Colle
Pads
Une couche résistive
En ajoutant une couche résistive (1M/ ) sur le plan d’anode on peut faire diffuser la charge après amplification.
M. Dixit et al.
(Carleton U. – Ottawa)
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Dan Burke - TPC Micromegas 25Cafe SEDI - 30 mars 2006
Étalement de la charge sur 3 pads
t t t
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Dan Burke - TPC Micromegas 26Cafe SEDI - 30 mars 2006
Tests en faisceau à KEKoctobre 2005
Collaboration Allemagne, Canada, France, Japon, Philippines
KEK, TUAT Tokyo Univ., Hiroshima Univ., Kogakuin Univ., Kinki Univ., Saga Univ., Tsukuba Univ., JapanJapan
MSU, PhilippinesPhilippines, Carleton Univ.of Ottawa,Univ. de Montréal, CanadaCanada, MPI, GermanyGermany, DAPNIA-CEA, Saclay, IN2P3-LAL and IPN, Orsay, France France
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Dan Burke - TPC Micromegas 27Cafe SEDI - 30 mars 2006
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Dan Burke - TPC Micromegas 28Cafe SEDI - 30 mars 2006
Le groupe à KEK (environ 40 personnes)
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Dan Burke - TPC Micromegas 29Cafe SEDI - 30 mars 2006
TPC utilisée dans l’expérience
Carleton Ottawa Saclay TPC MP- TPC
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Dan Burke - TPC Micromegas 30Cafe SEDI - 30 mars 2006
L’équipement
MP-TPC Électronique d’ALEPH
(préampli, digitiseur 12,5 MHz) Source 55Fe intégré
Calibration en permanence Courbe de gain
Carleton TPC Préampli ALEPH, digitiseur
de Montréal 24 MHz
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Dan Burke - TPC Micromegas 31Cafe SEDI - 30 mars 2006
Micromégas et feuille résistive
Feuille résistive
Micromégas
Endplate fabriquée par Orsay-Saclay
MP- TPC
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Dan Burke - TPC Micromegas 32Cafe SEDI - 30 mars 2006
Le dîner japonais
![Page 33: Cafe SEDI - 30 mars 2006Dan Burke - TPC Micromegas 1 Tests au Japon de la TPC Micromégas de lILC.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bfb36/html5/thumbnails/33.jpg)
Dan Burke - TPC Micromegas 33Cafe SEDI - 30 mars 2006
Le restaurant ‘Mexico’
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Dan Burke - TPC Micromegas 34Cafe SEDI - 30 mars 2006
Les Résultats: Tests en faisceau à KEK en champ magnétique
Résolution en énergie Gain Décharge de la grille Résolution spatiale
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Dan Burke - TPC Micromegas 35Cafe SEDI - 30 mars 2006
Résolution en énergie
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
240 260 280 300 320 340 360 380
Vmesh (V)
Rés
olu
tion
pic de 55Fe 5.9keV
pic d’échappement
3keV
σ=7%
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Dan Burke - TPC Micromegas 36Cafe SEDI - 30 mars 2006
Gain micromégas avec feuille résistiveArIso - KEK 16 octobre, 2005
100
1000
10000
100000
1000000
10000000
200 250 300 350 400 450
Vmesh (V)
Gai
n
Gain
Gain dépasse 106 – la feuille
résistive stabilise Micromégas
*points mesurés avec le courant
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Dan Burke - TPC Micromegas 37Cafe SEDI - 30 mars 2006
Décharge de la grille avec le temps
Quand on débranche le câble haute tension, le détecteur continue à marcher pendant plusieurs heures. Déchargé uniquement par la source
Décharge de la grille (commencant avec Vmesh = 360V)ArIso - KEK October 16th, 2005
0.1
1
10
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Temps (s)
Am
pli
tud
e (V
)Tremblement de terre
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Dan Burke - TPC Micromegas 38Cafe SEDI - 30 mars 2006
L’étalement de la charge (en temps et en XY) dû à la feuille résistive est vu sur 6 pads
Étalement de la charge
x
y
![Page 39: Cafe SEDI - 30 mars 2006Dan Burke - TPC Micromegas 1 Tests au Japon de la TPC Micromégas de lILC.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062417/551d9d84497959293b8bfb36/html5/thumbnails/39.jpg)
Dan Burke - TPC Micromegas 39Cafe SEDI - 30 mars 2006
PRF (Pad Response Function)
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Dan Burke - TPC Micromegas 40Cafe SEDI - 30 mars 2006
(r=3.7cm at 1T ~11 MeV)
Trace non-typique!
t
x
y
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Dan Burke - TPC Micromegas 41Cafe SEDI - 30 mars 2006
Résolution – Carleton TPCAr/iC4H10:95/5 TPC Micromegas avec feuille résistive
(pads de 2,3 mm x 6,3 mm)
0 = 1/55 du pas des pads!
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Dan Burke - TPC Micromegas 42Cafe SEDI - 30 mars 2006
Résolution – Carleton TPCComparaison faisceau-cosmiques
TPC Micromégas
Ar/CO2:90/10 (pads de 2,3 mm x 6,3 mm)
FaisceauCosmiques
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Dan Burke - TPC Micromegas 43Cafe SEDI - 30 mars 2006
Résolution – MP TPC
0 = 96 ± 3 µm
préliminaire
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Le mystère du CF4
janvier 2006
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Ar jCF4 – des after-pulses
Trace typique avec des after-pulses qui continuent jusqu’au bout du temps enregistré
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Ar jCF4 – des after-pulses
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Dan Burke - TPC Micromegas 47Cafe SEDI - 30 mars 2006
Ar jCF4 – Spectre de 55Fe
Ar eCF4 à Saclay (tests T2K)
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Dan Burke - TPC Micromegas 48Cafe SEDI - 30 mars 2006
Ar jCF4 Isobutane – Spectre de 55Fe
En ajoutant quelques pourcent d’isobutane le spectre se calme
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Dan Burke - TPC Micromegas 49Cafe SEDI - 30 mars 2006
Conclusion Beaucoup de données avec et sans feuille
résistiveExcellents résultats préliminaires avec micromégas
et feuille résistiveComparaison avec les autres technologies
Ecriture d’un papier sur la théorie de la résolution en coursUne théorie qui permet d’optimiser le design de la
TPC d’ILC
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Dan Burke - TPC Micromegas 50Cafe SEDI - 30 mars 2006
ILC TPC en construction (année 2015)A
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