Photodétecteurs Joël Pouthas IPN Orsaypouthas @ipno.in2p3.fr Grande surface Photomultiplicateurs...
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Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Photomultiplicateurs de grande surfaceen physique expérimentale
Dispositifs expérimentaux
Rayons cosmiques de haute énergieNeutrinos. Télescopes "sous marins"Grands "Cerenkov" compacts
Futures expériences et R&D associée
Collaboration en cours avec PHOTONIS
Projets
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Dispositifs expérimentauxRayons cosmiques (Observatoire Pierre Auger)
5000Photomultiplicateurs
Photonis XP 1805
9 " , Gain : 2.105
3 Photomultiplicateurs
Grande dynamique
Très bonne linéarité
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Grande surface
Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Télescopes "sous marins"
Baikal Antares
Dumand (Hawaï)
Lac Baïkal (Russie)
Amanda / Ice Cube (Pôle Sud)
Antares (Méditerranée, France)
Nestor (Méditerranée, Grèce)
Amanda / Ice Cube
Grandes surfaces et efficacités
Faibles signaux Bonne SER
Bonne caractéristiques temporelles
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Télescopes "sous marins"
Dumand Philips XP260015" hybride
Baïkal Quasar-370 /Ugon15" hybride
Amanda Hamamatsu R5912-028" , Gain : 109
Ice Cube Hamamatsu R7081-02 10" , Gain : 107
Antares Hamamatsu R7081-20 10" , Gain : 108
Nestor Hamamatsu R8055
13" , Gain : 107Amanda
Baïkal
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Grands "Cerenkov" compacts
SNO (USA)
MiniBoone (USA)
Borexino (Italie)
Super Kamiokande
Kamiokande
Super Kamiokande
Kamland
(Japon)
Grandes surfaces et efficacités
Faibles signaux Bonne SER
Bonne caractéristiques temporelles
Faible radioactivité Verre bas bruit
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Grande surface
Dispositifs expérimentauxNeutrinos. Grands "Cerenkov" compacts
SNO Hamamatsu R14088" , Gain : 107
Borexino ETL 93518" , Gain : 107
MiniBooNe Hamamatsu R5912 8" , Gain : 107
Kamiokande Hamamatsu R3600Super Kamio. Hamamatsu R3600-02
20" , Gain : 107
Kamland Hamamatsu R7250 17" , Gain : 107Super Kamiokande
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Grande surface
Futures expériences
Rayons cosmiques Auger Nord (USA)
Télescopes sous-marins Nemo, Km3 (Méditerranée)
(Very Large Volume Neutrino Telescope)
Grands Cerenkov compacts
Hyper Kamiokande
Hyper Kamiokande(Japon)
UNO (USA)
Megatonne (Europe)
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Grande surface
8 inch 10 inch13 inch
20 inch 8 inch R1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL
R5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL
R5912-02 : AMANDA / South-Pole
10 inch R7081-20 : ANTARES (0.1km2) / Marseille
R7081-02 : ICECUBE / South-Pole
? inch PMT? : KM3 EXPERIMENT
13 inch R8055 : NESTOR
17 inch R7250 : KamLAND / Japan
20 inch R3600-02 : SUPER-KAMIOKANDE / Japan
8 inch R1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL
R5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL
R5912-02 : AMANDA / South-Pole
10 inch R7081-20 : ANTARES (0.1km2) / Marseille
R7081-02 : ICECUBE / South-Pole
? inch PMT? : KM3 EXPERIMENT
13 inch R8055 : NESTOR
17 inch R7250 : KamLAND / Japan
20 inch R3600-02 : SUPER-KAMIOKANDE / Japan
Yuji Yoshizawa , Octobre 2003
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Arrêt du projet PM de 40 pouces
Orientation : 20 pouces MaxHPD (PM hybride)
Design possible : HPD 20" double
Fabrication PM 20"
Prototype : HPD 5" 8 kV et APD 3mm
Photocathode
APD
Photodétecteurs
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Grande surface
Quelques R&D en cours
Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003
R R
PM standard : pas de localisation Adjonction de guides de lumièreLocalisation si PM multi-anode
Essais en coursavec des matériaux faible de coût(aluminised PETG)
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Grande surface
Quelques R&D en cours
Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003
Quasar370 was developed for Baïkal Large sensitive area (14.5”dia.) HV to accelerate photoelectrons A second scintillator to reconvert
primary photoelectrons into photons A commercial, small-diameter PMT
for final reading It needs HV (20 to 30 KV) inside the OM TTS can be strongly reduced It has an astonishing resolution
Référence (premier HPD) Quasar370 (Philips XP 2600)
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Grande surface
Quelques R&D en cours
Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVvT Conference, Octobre 2003
• Take a Quasar370 and:
Simplify the geometry Optimize TTS Create a segmented reading
12/24V to 20/30KV converter
YAP inorganic scintillator layer 4 Hamamatsu R7899 1” PMTs
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Grande surface
Quelques R&D en cours
Michele Giunta, INFN Pisa, VLVvT Conference, Octobre 2003
Prototype 5’’ Final 10’’
Cadre : Expérience CLUETom Project (2001)
PhotocathodeBi-alcaline ou Rb2Te
20/30 kV
Diode Si pixélisée
Dispositif pour évaporation (INFN Pisa et CERN)
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Grande surface
SynthèsePM classiques
Taille de 8 à 15 pouces, jusqu’à 20 ?
Grandes surfaces et efficacités
Bonne SER
Bonne caractéristiques temporelles
Avec aussi Verre bas bruit
Bonne linéarité
Renouveau des HPD (PM hybrides)
Localisation possible
Excellente SER
+ Possibilité de collection de lumière extérieure au PM ?
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Grande surface
PHOTONIS
Essais au Lac Baïkal (Philips XP2600)
1980 – 1990
R&D sur tubes avec diode PIN(Collaboration CERN)
Depuis 2OOO
Adaptation du XP1802 à AUGER Réduction du gain (XP1805)
Chaîne de production des tubes de 9 pouces
Collaboration PHOTONIS / IPN Orsay
1990 – 2000
Tubes (base vision nocturne) avec APD
Tubes boules pour SNO (XP1802, 9’’)
Proposition BOREXINO (idem)
Développement pour ANTARES (XP1804, 10,4’’)
Photodétecteurs
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Grande surface
Collaboration avec PHOTONIS
Laboratoires :
IPN Orsay, LAL Orsay et INFN Torino
Cadre :
Bourse BdI (50% Auger) , Oct 2003 – Oct 2006
Programme CNRS Astroparticules , Eté 2004
Objectifs :
Développement de grands PMElectronique (FE) associée
Photodétecteurs
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Grande surface
PHOTONISCollaboration avec IPN Orsay
Etude des expériences en cours et futures
Compréhension des caractéristiques des PM
Caractérisation de nouveaux PM
Sensibilité de photocathode PHOTONISGain en mode DC PHOTONISCourant d’obscurité PHOTONISRéponse en électron unique (SER) et bruit PHOTONIS et IPNOUniformité de réponse PHOTONIS et IPNOLinéarité PHOTONIS et INFN TorinoPost-impulsions IPNOEfficacité de détection (relative) IPNOSensibilité au champ magnétique terrestre IPNOEvolution du bruit avec la température IPNOFluctuations temporelles IPNO
+ Electronique (exposé de Christophe)
Photodétecteurs
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Grande surface
Bancs de tests IPN Orsay
Réponse en électron unique(gain, amplitude, P/V)
Caractéristiques temporelles
Uniformité de photocathode
Efficacité de détection (relative)
Source de lumière : - 241Am + NE111- Diode
PM XP2020
Chariot mobile
Banc de test 1
Photodétecteurs
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Grande surface
Bancs de tests IPN Orsay
Banc de test 2
Bruit
Variation avec la température la HT
Post impulsions
Enceinte climatique(Voestch VC4034)
+ Boite noire Al
(-40° à +50° )
Boite noire(bois)
Effet du champ magnétique
Photodétecteurs
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Grande surface
Quelques résultats
SER et TempsXP 1806, 8 pouces, type ANTARESSER
P/V = 3
Temps
(Limite:2 ns)
Température
« Bursts »
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Quelques résultats
Post impulsions(Mesures à l’oscilloscope numérique)
XP 1806, 8 pouces, type ANTARES
Distribution en temps
Distribution en amplitude Taux de comptage différentiel
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Progamme
Année 1 (Sept 03-Sept 04)
Mise au point des méthodes et bancs de testsCaractérisation sur des PM de référence
Année 2 (Sept 04-Sept 05)
Fabrication et mesures de différents PM classiques (8’’ à 12’’)
Etudes de verrerieEtudes sur des HPD
Année 3 (Sept 05-Sept 06)
Fin des mesures en PM classique… jusqu’à 15 pouces ?Comparaison PM classique
HPD de 2 types (PM et APD) (Taille 12’’ ou 13’’)
Remarque
Limite actuelle en taille (PHOTONIS et IPNO) 15 pouces
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Participants
PHOTONIS
Pascal Lavoute, Cyril Moussant
Secteur Développement + Fabrication PM
IPN Orsay
R&D Détecteurs : Joël Pouthas, Bernard Genolini, Thi Nguyen Trung
Etudiant BdI (50%) : Damien Dornic
Stagiaires DUT (et vacataires ?) pour les séries de mesures
+ Collaboration INFN Torino
Photodétecteurs
Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno.in2p3.fr
Grande surface
Demande financementCNRS / IN2P3
Appel d’offres CNRS en Astroparticules
« R&D sur les photomultiplicateurs et l’électronique associée »(IPN Orsay, LAL Orsay et PHOTONIS)
Demandé en 2004 : 44 kE HT (dont 23 pour les PM)Obtenu (Sept 04) : 35 kE HT
En 2005 : Annoncé 35 kE HT (dont 13 pour les PM)+ Manque 2004 (11 kE) ?
En 2006 : ???
Demande IN2P3 en Equipement de Laboratoire
« Equipements pour les études et tests de détecteurs »
Demandé en 2004 44 kE HT Obtenu : 0
Demande 2005 : 35 kE HT + Vacations ?