Détecteurs gazeux

Détecteurs gazeux
Rappels de base
Principes de base de la détection de particules
Interactions avec les gaz
Construction et utilisation
Résolutions et limitations
Etalonnage
Quelques exemples
T. Hennino IPN Orsay
UE6
Octobre 2007
Bibliographie de base
Text books (a selection)
– W. R. Leo
Techniques for Nuclear and Particle Physics Exp.,
Springer, 1994
– G. Knoll
Radiation Detection and Measurement,
3rd ed. Wiley, 2000
– K. Kleinknecht Detectors for particle rad. ,
2nd ed., Cambridge Univ. Press, 1998
– C. Grupen
Particle Detectors,
Cambridge University Press, 1996
– R.S. Gilmore Single particle detection and measurement,
Taylor&Francis, 1992
– W. Blum
L. Rolandi, Particle Detection with Drift Chambers,
Springer, 1994
Recommendation: Original Articles, Nuclear Instr. and Meth. A,
Proceedings of Vienna, Elba, IEEE, Como
Many plots and pictures (partly directly) from
http://pdg.web.cern.ch/pdg/ and
Academic Training Lectures , CERN, 2005
en particulier de Olaf Ullaland, C. Joram and L.
Ropelewski, P. Schune….. et d‘écoles IN2P3
Voir aussi google !! (on y trouve tout)
Rappels de base
† Unités
† Ordres de grandeurs
† Relations essentielles
unités
eV (electronvolt) et ses multiples
1 eV = 1.6 10-19 Joule Æ unité d’énergie
Pour les γ, longueur d’onde λ
λ = 2π ( hc ) / E = 2π (197 MeV.fm) /E
λ = 1240 MeV.fm / E ou encore λ(μm) =1.24/E(eV)
barn et ses sous multiples pour les sections efficaces
Æ c’est une surface
seconde
mètre
Et parfois, sur les figures, hélas, des atm, des mm Hg
1030 eV
M(fourmi)
W
1027 eV
EK(auto)
Υ
1024 eV
RC
J/ψ
1021 eV
ELHC
EK (fourmi)
EJLAB
p τ
1 EeV
νμ
K
1 PeV
νe
μ π
1 TeV
Sources
EGSI
ντ
1 GeV
e
1 MeV
γ
1 keV
1 eV
1 meV
1 TeV
100 GeV
10 GeV
1 GeV
100 MeV
10 MeV
1 MeV
Ordres de grandeur:
masse et énergie
H
e
Ordres de grandeur de
sections efficaces nucléaires
Très variable avec l’énergie et le type de particules qui
interagisssent
Unité: barn et ses sous multiples (homogène à un surface)
Interaction forte (hadron-N) fraction de barn
Surface πr2= 3.14 (0.87)2 Æ 30 mb (particule échangée= π)
πN
30-50 mb (résonances à 200)
KN
~ πN
NN
10 - 100 mb
ee
μb P pb
γp
0.1 – 1 mb
νN
3-6 fb/GeV
Ordres de grandeur distance et temps
Longueur
1 m
rayon typique de grosses détections
1 mm (10-3 m)
précision de positionnement de gros détecteurs ~1/10 mm
1 μm (10-6 m)
résolution spatiale de détecteurs ≥ 10 μm
1 nm (10-9) m)
longueur d’onde lumière ( λvert= 500 nm)
1 A
~taille de l’atome
(10-10 m)
1 fm (10-15 m)
~taille du proton (aussi dénommé Fm pour Fermi)
Temps
1 s
la lune est à 1.3 seconde.lumière
1 ms (10-3 s)
une particule fait 10 fois le tour du LHC, un ion parcourt
environ 5 cm dans un détecteur gazeux
1 μs (10-6 s)
un μ vit 2.2 μs, un e- de dérive parcourt 5 cm un gas
1 ns (10-9 s)
une particule de β=1 parcourt 30 cm, un π au repos vit 26 ns
1 ps (10-12 s)
temps de désintégration d’un méson B
1 fs (10-15 s)
~temps de vie d’un π0 . La lumière parcourt 0.3 μm
Sources pour tester (et aligner)
les détecteurs
•Sources radioactives naturelles ou artificielles (<10 MeV)
•Cosmiques 1 μ /mn/sr/cm2 ~1 GeV principalement venant
du ciel
•Faisceau de particules:
•Faisceaux stables: pratiquement pas de limite (purs,
haute I, bien (f)localisés)
•Faisceau secondaire: limites sévères en intensité,
pureté, distribution spatiale
• π± toujours contaminé par μ±, p± et e± et ν
• μ± contaminé par ν seulement (absorbeur)
•Particules diffusées dans une réaction (alignement)
sources
Energie impulsion
Relations essentielles
E2 = (pc)2 + (mc2)2
m=masse au repos
p=(p,E)
p2 = px2 + py2 +pz2
β=v/c 0 < β < 1
|p|2 = E2-(pc)2=(mc2)2
γ=1/(1-β2)1/2 1 ≤ γ < ∞
t=(p1-p3)2
u =(p1-p4)2
s=(p1+p2)2
s+t+u=∑mi2
pc= γβmc2 E= γmc2
Définition de la section efficace
dΩ
Flux Φ
Unit Area
Target
Facteur de probabilité
d‘interagir (de diffuser)
Unité: cm2sr-1 : en fait barn/sr, mb/sr….
dN s = ( P) ⋅ Φ ⋅ N cible ⋅ dΩ
Particles diffusées/s
Angle solide = surface
de sphère unité
flux de particles/s centres diffuseurs /cm2
Section efficace
dN s = P ⋅Φ ⋅ N cible ⋅d Ω
dσ
P=
(E ,Ω )
dΩ
Section efficace différentielle
1
dσ
dN s
( E , Ω )=
⋅
dΩ
Φ ⋅ N cible
dΩ
Section efficace totale
dσ
σ ( E )= ∫ d Ω
dΩ
Definition de la section
efficace différentielle
Ici doublement différentielle
Généralisation à N particules
Interaction
particule matière
Interaction particule matière
Particules chargées
1. Elles interagissent en premier lieu avec les électrons du cortège
atomique Æ ionisation, excitations diverses avec des temps de
relaxation très variables
•
Sections efficaces de l’ordre de 10-19 à 10-16 cm2
2. En second lieu, elles interagissent avec les noyaux Æ réactions
nucléaires
•
Sections efficaces de l’ordre de πr2 = 0.04 10-24 cm2 × A2/3
•
soit 40 mb sur le proton à 1.4 barn sur le Plomb
Particules neutres
γ: Effet photoélectrique, Rayleigh scattering (coherent sur atome),
Compton, Création de paires, Absorption nucléaire
Neutrons: très dépendant de l’énergie (absorption, fission, collision
binaire np Æ np
Pas directement mesurés par un détecteur gazeux
C’est le principe de base de tous les détecteurs
Bethe-Bloch formula
ralentisseur
Tmax
Part. inc.
2me c 2 β 2γ 2
=
1 + 2γme / M + ( me / M ) 2
Ordre de grandeur
Corr. De couche
0.307 MeVg-1cm2
Effet de densité
2
2 2
2
⎡
γ
β
δ C⎤
1
2
Z
z
m
c
T max
dE
2
2
2
e
ln(
)−β − − ⎥
= 4π N a re m e c
2 ⎢
2
ρ dx
2 Z⎦
A β ⎣2
I
π de 1.5 GeV dans Ar (γ ≈ 11.7)
I= 15.8 eV
δ
Tmax ≈ 100 / 1.07 = 93 MeV
2
1er terme = 15.8
2ème terme = 1
3ème terme = 1.8
Æ 1.8 MeVg-1cm2
= ln(
28 .8 ρZ / A
) + ln( βγ ) − 1 / 2
I
Stopping power curve
EeC
Dépendance en ralentisseur et en particule incidente
Valeur correspondant au
minimum de la perte d’énergie:
À γβ = 3.5 (indépendant de A
ralentisseur
Valeur moyenne de l’énergie perdue
dans l’ H2 liquide, l’Hélium, le carbone,
L’aluminium, le fer, l’étain et le plomb
Dépendance en particule
Æ Principe de base
d’identification de particules
dans les détecteurs gazeux
Bethe-Bloch formula
2
2 2 2
⎡
dE
Z
z
m
c
C⎤
1
2
2
2
2 δ
e γ β Tmax
= 4πNare mec
ln(
)−β − − ⎥
2 ⎢
2
A β ⎣2
I
2 Z⎦
ρdx
C’est une valeur moyenne
La distribution de perte d’énergie prend des formes variées selon
l’épaisseur traversée
Grande épaisseur (ΔE/E > quelques %) Æ gaussien
Faible épaisseur (quelques dizaines de collisions seulement, typique
de 1 cm de gaz) Æ très asymétrique:
⟨ΔE⟩ > valeur de ΔE la plus probable
Pertes par radiations E > EC, seulement pour les e au delà de 700
MeV/Zral
Négligeable pour les autres particules
Cerenkov et radiation de transition négligeables
I=f(A) ?
Z>16
I=10 Z eV
Z<16
I=16Z0.9 eV
Fonction de straggling
Valeur la plus probable
électron
Valeur moyenne
Queue < 1% au-delà de 16
keV
( electrons δ )
pion
(Tmax(π)= 13 MeV)
(Tmax(e)= 250 MeV)
On verra plus tard comment identifier les particules
Développements de méthodes spécifiques
Une bible
g/cm2
λI
et
λT
MeV/(g/cm2)
dE/ρdx)mip
X0
Bon gaz
Mauvais gaz
Une bible (suite)
1, 2, 3…. n collisions
dans Ar
0.06 coll.
3 coll.
0.6 coll.
6 coll.
Æ 60 collisions
La forme asymétrique est une
reminiscence du phénomène
élémentaire
12 coll.
30 coll.
Diffusion multiple dans la matière
Une particule
interagit avec les
électrons des
cortèges atomiques
⎧⎪ θ plan 2 ⎫⎪
1
P (θ plan ) =
exp⎨−
2 ⎬
2
θ
2πθ0
⎪⎩
0 ⎪
⎭
θ0 =
θ
2
3d
=θ
rms
plan
1 rms 13.6 MeV
L ⎧
x ⎫
=
z
θ 3d =
⎨1 + 0.038 ln ⎬
X0 ⎩
X0 ⎭
βcp
2
yplane et θplane sont corrélés !!
Il existe des méthodes approchées
pour calculer cela (Æ CERN
booklet/PDG review)
X 0 ( gcm
−2
)=
716 . 4 A
Z ( Z + 1) ln( 287 /
Z)
Wi énergie nécessaire
pour produire une
paire e-ion
N Ionis pairs total
N ions pairs primaires
dE/dx)mip keV/cm
dE/dx)mip MeV/(g/cm-2)
E. Loss / ion
Mean eff. E
Ionisation
Excitation
Quelques propriétés des gaz
Un exemple concret de calcul
10 mm de mélange He-iC4H10 (60-40) pour des pions de 150 MeV/c
Wi(He)=41 eV
Wi(iC4H10)=23 eV
dE/dx(Ar)=0.32 keV/cm
dE/dx(Ar)=4.5 keV/cm
np=5.9/cm
np=46.0/cm
nT= 0.6 × (320/41) + 0.4 × (4500/23) = O.6 × 7.8 + 0.4 × 195.7 = 82.9 paires totales
np= 0.6 × 5.9 + 0.4 × 46.0 = 3.54 + 18.4 = 21.9 paires primaires
Rapport = 3.8
Pour des épaisseurs très faible (qques mm),
le nombre d’ions primaires peut conduire à
une inefficacité
P(m,0) = e-n
m
−n
n e
P (m, n ) =
m!
Détecteurs gazeux
Quelques évidences sur la détection
de particules
† Exigences contradictoires
„ Interagir le moins possible
† Mesure la plus propre
† Ne pas influencer le(s) détecteur(s) suivant(s)
„ Interagir suffisamment pour donner la meilleure information sur
† La nature de la particule (masse et charge)
† Ses propriétés cinématiques (px, py, pz) avec la meilleure précision
„
Rapidité, pas de temps mort, efficace, résolution, granularité,
bien vieillir
† Détecteurs à gaz ‘bien’ adaptés
„ Une enceinte gazeuse (peu de matière)
„ Un champ électrique (pas de matière)
„ Une électrode collectrice (peu ou pas de matière)
„ Il peut donner une information (0 ou 1), d’amplitude, de temps,
voire plus compliquée
Je veux faire un détecteur gazeux
(basé sur l’ionisation)
† Une particule chargée ionise les atomes de gaz Æ un volume de
gaz idoine étanche
† Un champ électrique empêche les recombinaisons Æ une
géométrie de distribution de HT
† Des électrodes recueillent, et éventuellement, amplifie le signal
Æ nature (plaques, fils, bandelettes, circuits imprimés)
† Simulation du détecteur Æ paramètres à ajuster en fonction
d’un cahier des charges
† Construction du détecteur Æ CAO, contrôle qualité, savoir-faire
† Une électronique qui traite et enregistre le signal Æ cours de
N. Seguin-Moreau
† Aspects fonctionnels: exploitation, limitations, vieillissement et
SAV
† TOUT CELA EST UN VRAI METIER: chercheurs, ingénieurs,
techniciens
Le ‘premier’ détecteur à gaz:
la découverte du positron en 1932
Courbure entrée Æ 63 MeV/c
Courbure sortie Æ 23 MeV/c
Taille des bulles
Plomb 6 mm Æ perte d’énergie Æ
p
Charge = +1 Æ e+
Tout y est déjà
Un détecteur gazeux: comment ça marche
• mode ionization
collection de toute la charge
pas de multiplication
gain ~ 1
• mode proportional
multiplication de l‘ionisation
signal proportionel à l‘ionisation
mesure du dE/dx
avalanches secondaires
nécessité de ‚quencher‘ l‘avalanche
gain ~ 104 – 105
• mode proportionel limité
(saturation, streamer)
forte photo-émission
avalanches secondaires
quenchers indispensables ou
haute tension pulsée; gain ~ 1010
• mode Geiger
photo-émission dominante
affecte tout le fil
arrêt de la HT
• étincelles
Régime chambre à ionisation
2 plaques par ΔV=V0
Energie stockée est= ½ CV2
Travail du champ électrique:
W = ∫NqE dz
Δ(1/2CV2) + W = 0
eIons
ΔU-=-Nez0/Cd
ΔU+= -Ne(d-z0)/Cd
Δt-=z0/vD-
d=5 cm E= 500 V/cm
Δt+=7.5 mm/ms
Δt-= 5 mm/μs
Signaux très faibles
Marche avec des particules de basse vitesse ou de Z élévée
Nécessité impérative d’amplifier
Qu’est que la dérive des électrons
v
v(t)
vthreshold
vmean
collisions avec les atomes du gaz -> dérive constantet au sens macroscopique
Æ définition
λ = 1/α, λ libre parcours moyen entre 2 collisions
α=α (E, density, nature du gaz)
λ: libre parcours moyen
α=1/λ coefficient
deTownsend
Le compteur cylindrique
proportionnel
CV
E (r) =
2 πε
CV
V (r) =
2 πε
C =
2 πε
ln(
0
1
r
0
r
ln(
)
a
Théorème de
Gauss
0
b
)
a
C est la capacité du ‘condensateur’ par
unité de longueur
E et V le champ et le potentiel à une
distance r du centre ( a<r<b)
V(r=a)=0, V(r=b)=V
Valeurs typiques: a=0.01 mm, b=10 mm,
V ~1000 à 3000 Volts
C= 6.28 × 8.85 10-12 /ln(1000) = 8 pF
10 mm (He-iC4H10)
84 paires e—ions
Signal V = 84 × 1.6 10-19/8 10-12
= 1.68 μV
Æ Il faut amplifier
Choix du gaz
Gaz nobles: principalement par
ionisation: n’attrape pas les électrons
(monoatomique à couches pleines)
Gaz
H (Proba d’
Attachement)
Ncoll/s
(s-1) à TPN
t (temps d’attachement)
CO2
6.2 10-9
2.2 1011
0.7 ms
He, Ne, Ar, Kr, Xe
O2
2.5 10-5
2.1 1011
0.19 μs
H2O
2.5 10-5
2.8 1011
0.14 μs
Cl
4.8 10-4
4.5 1011
4.7 ns
En principe celui qui donne le plus de
paires e-ions pour une énergie déposée
donnée.
Mais eγ(Ar) = 11.6 eV
Proportion gaz rares dans l’air:
ÆPhoton de desexcitation, qui par
effet photoélectrique, redonne des
électrons (7 eV suffisent sur le cuivre)
He:
5
ppm
41
Ne
18 ppm
36
Ar
10000
Kr
1
ppm
24
Xe
0.1 ppm
22
Æ quencher qui absorbe les
photons
ÆLes mauvais gaz: capture
des électrons
ppm
26
Energie nécessaire pour ioniser
Génération du signal en géometrie
cylindrique en mode chambre d’ionisation
Le signal provient des électrons
Vdrift (electron)
(en cm/μs)
Mélanges Ar-iC4H10
Vdrift (electron)
(en mm/μs)
A quelle vitesse les
électrons dérivent
Æ vDe= 2 à 5 cm/μs à TPN
Quenchers
Gaz nobles
Diffusion des électrons
Les électrons sont soumis à des chocs incessants avec les atomes
Un ensemble d’électrons localisés ‘s’élargit’ selon la formule
dN
1
=
e
N σ x (t ) 2π
x2
( 2 )
2σ x ( t )
transverse
longitudinal
σ x (t ) = 2 Dt
Diffusion transverse
Le nuage est plus ‘large’
Diffusion longitudinal
Le nuage est plus ‘long’
Æ Limite à la résolution spatiale intrinsèque
A.N. Limite en résolution spatiale dans une cellule de O.5 cm remplie Ar+CH4
Æ 300 μm × √0.5 = 210 μm
Sur 1 m, cela donne 300 μm × √100 = 3 mm !!
Ils sont sensibles au champ magnétique
Cas du champ B perpendiculaire
aux lignes de champ
v ⎯⎯ → v H =
H
α ⎯⎯H → α H
ω =
τ = 1/NσVder = temps moyen entre
2 collisions
v
La relation temps de dérive
distance de dérive est modifiée
1+ω τ
= arctg ( ωτ )
2
eH
m
2
Cellule BABAR@SLAC
e/m=1.76 1011 rad.s-1T-1
Le phénomène de diffusion peut être
réduit par un champ B // au champ E
H
DT ⎯⎯→
DH ,T =
DT
1 + ω2τ 2
ωτ peut prendre des valeurs entre 1 et 10 !
Æ Sur une TPC, gain d’un facteur 100 en résolution
Les ions dérivent… comme des escargots
Pour p=1 atm
Mobilité définie par
vder
μ =
E P
+
Reduced
field E/P
V=2000 volts
d=5 mm, P= 1 atm
Vion (Ar) = 1.7 × 2000 / 0.5
= 0.007 cm/μs
vion/ve = 0.0070 / 3.5 = 1/500
Génération du signal en champ fort
champ E
Champ en 1/r
10 μm
100 μm
1 mm
10 mm
Avec U=3500 V,
a=0.01mm et b=10 mm
E= 5000 V/m à 10 mm
E=50000 V/m à 1 mm
E= 5 MV/m à 10 μm
La multiplication se fait tout près du fil
Évolution temporelle de l’avalanche
a. L ’électron dérive vers l ’anode
b. Formation de l ’avalanche
c. Électrons et ions crées à la même place ( L ’avalanche s’arrête quand
la charge d’ espace des ions réduit le champ)
d. Le nuage des électrons dérive vers l’anode d ’un coté
e. Les ions partent à la cathode lentement
Les électrons sont collectés rapidement par l’anode
En quelques ns (d=20-30 mm / 50 mm/ms Æ ~ ns !!
Le nuage d’ions va dériver lentement vers la cathode
Qui peut stabiliser le processus
Les atomes de quencher
Absorbent les photons UV qui
risqueraient d’emballer le processus et
de détruire le fil
Et excitent des états vibrationnels et
rotationels
Méthane CH4, Ethane C3H8, Isobutane
C4H10, Ethanol HCH3CO2, CO2,Fréons,
DME
De nombreux mélanges ont été testés
Inconvénients:
nients par brisure des liaisons, on
crée des radicaux libres polluants, corrosifs,
polymérisables, etc… qui endommagent à
terme le détecteur.
Amplification (Avalanche) gazeuse (cellule à 1 seul fil)
CV0 1
E(r) =
⋅
2πε0 r
CV0
r
V (r) =
⋅ ln
2πε0
a
Électron primaire
anode
Les électrons dérivent vers
l‘anode
Très près du fil E > Ethreshold, la
multiplication commence
Æ l‘amplification de développe
Génération du signal en mode
proportionnel
Avec V=3500 V
E= 5000 V/m à 10 mm
E=50000 V/m à 1 mm
E= 5 MV/m à 10 μm
amplification
ln(ri/ra) Æ nλ/ra=ε
ln(rb/ri) Æ ln(rb/(ra(1+ε)))
R = ΔU+/ΔU- ~ ln(rb/ra) / ε
ra=10 mm, rb=10 mm
R > 6
Le signal provient des ions !!
De plus les ions doivent
parcourir rb - ra
Æ ms
ri=ra+nλ
Proportionel versus avalanche
Rapport du signal induit par les
e- au signal induit par le
déplacement des ions
Régime
proportionel
Rapport R = ΔU-/ΔU+
dominé par les
e-
Détecteur cylindrique de rayon
10 mm (ranode=10 μm)
Mode prop.: R > 1 sur 97%
Zone avalanche
R=1
0.01
Mode aval. R < 1,
contribution dominante
(multiplication) très près du fil
dominé par les
ions
0.1
1.
Distance au centre (mm)
10.
MAIS constantes de
temps très différentes !!
Évolution temporelle du signal
Hypothèse: le signal est dominé par le mouvement
des ions
t
V ( t ) = − ∫ dV = −
0
v
+
drift
CV 0
r (t )
ln(
)
2πε 0
a
μ + CV 0 1
dr
+ E
=
=μ
=
dt
P
2πε 0 P r
r (t ) =
μ + CV 0
a +
t
πε 0 P
2
CV 0
μ + CV 0
V (t ) = −
t)
ln( 1 +
2
πε 0 Pa
4πε 0
Tmax
πε 0 P ( b 2 − a 2 )
=
μ + CV 0
Tension V(t) induite à t
Vitesse de dérive des ions
Position des ions à t
Tension en fonction de t
Temps maximal (tous les
ions sont collectés
Évolution temporelle du signal
† En circuit ouvert, le
‘condensateur se
charge avec un temps
caractéristique de la
vitesse de dérive des
ions
† Sur un circuit de
constante RC, le
signal est ‘coupé’ (le
PA évacue les
charges), mais reste
proportionel à la
perte d ’énergie
RCélectronique = 1/τ
a=10 m, b=8 mm, C= 8 pF,
μ+=1.7 cm2V-1bar-1, V0=3 kV
Æ T=550 μs
Gain en amplification
† Sous l’influence de E,
création de dn esupplémentaires dn= α n
„
„
„
α = f(E,gas)
a =1/λ
quelques valeurs du
coefficient de Townsend
† Æ n(r+dr)= n0 (r)eα(E(r))dr
†
ra
∫ α ( r ) dr
nanode = nT e rC
He
Ne
Xe
Kr
Ar
= f(r)
Gain en amplification: coeff de Townsend
de mélanges
X=
0.
07
Et
he
r
.13
0
X=
.13
0
X=
.13
0
X=
ol
o
c
al
er
h
Et
X=
5
2
.
0
Sensibilité à la concentration
n
to
é
ac
e
25
.
0
X=
ne
o
ét
c
a
er
h
Et
Mélanges Ar-X
Une bonne approximation pour calculer α
⎤
V
V
ln( 2) ⎡
ln(α ) =
ln(
)⎥
⎢
ln(b a ) ΔV ⎣ Emin pa ln(b a ) ⎦
Formule de Diethorn
LHCb
GAZ
W
(eV)
K
(V.bar-1.cm-1)
ΔV
(eV)
Ar-CH4
(90:10)
26
4.8 104
23.6
Ar-CH4
(95-5)
40
4.5 104
21.8
He-C4H10
(96:4)
40
1.48 104
27.6
Xe-Ar-CO2
(25:65:10)
25
6.0 104
18.3
ΔV en eV;
Emin en kV.cm-1
p = 1 bar Ar:CH4 (90:10)
a=0.0015 cm, b=0.5 cm,
V=1300 Volts Æ α = 3 105
p = 1 bar Ar:CH4 (90:10)
a=0.0015 cm, b=0.5 cm,
V=1400 Volts Æ α = 1 104
Valeurs de gain et Stabilité du gain
•Stabilité de la HT
105
Environ 1% de variation de gain
par volt de HT
Kr:C2H6
•Composition du mélange
Environ 0.5 % de variation du
gain pour 0.1% de var. de la
concentration du quencher
GAIN
•Pression du gaz
Environ 0.2% à 0.4 % de
variation de gain par mbar
Kr:CH4
104
10
:
90
20
:
90
30
:
90
40
:
90
103
•Diamètre du fil
•Dépôt et vieillissement
Gain dépend très fortement du
•Flux de particules
mélange, de la HT, etc…
(modifications locales du
champ)
Pour 80 paires et un gain de 102 Æ à l’oscilloscope sous 50 Ohms
2 mV avec une largeur de 30 ns Æ il faut amplifier encore
En principe,
tout peut se
calculer
HADES@GSI
Géométrie cellule
contour champ E
Vdérive
2 ns = 70 μm
Simulation GARFIELD de la relation temps-distance et de la
résolution (fluctuation de l’ionisation, diffusion)
La dérive des électrons est calculable
Existence de programme
dédiés: Garfield,
Magboltz,
•
Propriétés des molécules
•
Pression
•
Mélange
•
Géométrie de distribution
de V
Vitesse de dérive
Il faut en général mesurer
et ajuster finement
La forme des impulsions aussi
trigger
Chaque ‘petite’ impulsion correspond à une ionisation primaire
La dispersion en temps d’arrivée reflète la géométrie de l’impact (trajectoire)
dans la cellule
Il faut détecter le premier qui arrive Æ trigger (déclencheur) pour avoir accès
directement à la distance trajectoire-anode
90:10 à 40:60
Le mélange
0à5%
0 à 5%
L’oxygène
200 à 340 °K
L’humidité
0.93 à 1.1 bar
La pression
La température
Il faut TOUT contrôler:
Vdérive (donc la résolution)
dépend de plein de
paramètres