En 2015, 3 projets R&D ont été financés par P2IO : le projet DRUM, le projet détecteur gamma 511 keV avec Haute résolution temporelle et le projet détecteur de fragments nucléaires pour CLAS 12.
Détecteur de fragments nucléaires pour CLAS12
R. Dupré (IPNO), D. Attié (Irdu/DEDIP)
Le projet « Détecteur de fragments nucléaires pour CLAS12 » a eu pour but de finaliser la R&D pour un détecteur à dérive qui doit être installé au laboratoire Jefferson (USA) dans l'expérience CLAS12. Dans le cadre de ce projet, l'équipe s'est concentrée sur deux questions : la possibilité de placer des fils tous les deux millimètres dans le volume complet du détecteur et la possibilité d'utiliser des matériaux alternatifs plus léger pour les fils, en particulier le carbone.
Sur le sujet de la haute densité de fils, deux problèmes principaux ont été traités : la méthode d'attache des fils et la résistance mécanique. Il existe en effet plusieurs méthodes pour attacher les fils dans les chambres à dérives (soudés, collés ou sertis), ces méthodes étant elles même variables avec différents types de soudures, colles et sertissages. Ces méthodes ont été testées sur différents types de fils en carbone, aluminium et tungstène doré pour déterminer les meilleurs méthodes d'attache possible. Cela, toujours avec la contrainte d'espace importante liée à la forte densité de fils du détecteur. Chaque fil ayant une tension allant de quelques grammes à quelques dizaines de grammes, les contraintes cumulées sur la structure de la chambre sont importantes et ont aussi mené à un travail pour déterminer la meilleure géométrie possible et les meilleurs matériaux à utiliser.
Un prototype simple a été construit et testé et a permis de complètement valider la possibilité d'utiliser des fils de carbone du point de vue instrumental (G. Charles et al. Nucl. Instrum. Meth. A855 (2017) 154). De plus, dans le prolongement du projet, l'étude de certains types de fils de carbone légèrement résistants offre des perspectives pour certaines applications qui font à présent l'objet de recherche au laboratoire d'IJCLab. Néanmoins, des contraintes mécaniques liées à la fragilité des fils lors de leur manipulation restent un soucis majeur pour l'utilisation des fils de carbone dans les détecteurs de grande envergure.
Enfin, ce projet a été l'occasion de collaborations entre IJCLab et le CEA pour l'utilisation de la puce DREAM pour la lecture de chambres à fil. L'utilisation de cette puce précédemment utilisée pour des détecteurs micromegas s'est avérée un succès et a permis de mettre en place un banc de test pour une succession de prototypes testés à IJCLab dans le cadre du projet et au-delà. De plus, la R&D développée lors du projet a été largement à l'origine du projet européen PartonicNucleus (ERC starting grant) qui comprend un financement pour la construction du détecteur complet.
En conclusion, le projet a été un succès et a permis de résoudre plusieurs problèmes critiques de R&D, publier un article sur l'utilisation de fils de carbone dans les chambres à dérives, améliorer la collaboration entre IJCLab et le CEA sur les détecteurs gazeux et initié un financement important pour la construction du détecteur complet au sein du LabEx P2IO.
Détecteur gamma 511 keV avec Haute Résolution temporelle
D. Breton (LAL), V. Sharyy (Irfu/DPhP)
Dans cette étude, les chercheurs ont exploré la possibilité de créer un module de détection Cherenkov de grande dimension en utilisant un cristal PbF2 couplé à un photomultiplicateur commercial à disques à microcanaux avec une très bonne efficacité de détection, compatible avec l'utilisation d'un scanner TEP. Deux modules de détection ont été développés et testés : les 32 signaux de chaque détecteur sont lus par le module de numérisation rapide SAMPIC, développé en collaboration entre le LAL, l'IN2P3, le CNRS et l'Irfu du CEA.
Ce module permet de mesurer la forme de chaque signal et détermine le signal temporel avec une précision de 5 ps. En utilisant une source radioactive de 22Na, l'efficacité de détection des photons 511 keV est mesurée à 24 % et un temps de résolution des coïncidences entre deux détecteurs de 280 ps. Plusieurs facteurs limitant la résolution temporelle de la grande surface de détection du module ont été identifiés, limitant de ce fait l'intérêt de son utilisation dans le scanner TEP. Des solutions appropriées pour améliorer la technique ont été proposées et sont en cours de test.
Bibliographie :
C. Bruni (LAL)
Le projet DRUM a pour but la génération de paquets ultracourts avec LASERIX, une étape indispensable au bon fonctionnement du projet ESCULAP.
Le projet ESCULAP se situe dans la continuité de la réflexion portée depuis les années 1990 par une partie de la communauté scientifique autour de la possibilité d'injecter des paquets d'électrons issus d'un photo injecteur dans une onde de sillage plasma créée par laser, afin de pouvoir combiner les caractéristiques optimales du faisceau issu de l'accélérateur avec les forts gradients et la durée d'impulsion femtoseconde disponibles par accélération laser plasma. La vocation du projet, à travers la maîtrise de paquets d'électrons ultracourts à courants crête élevés, ainsi que celle des paramètres d'optimisation de l'accélérateur plasma, est de pouvoir répondre à la demande des communautés "accélérateurs" et "lasers de puissance" pour le développement de nouvelles solutions d'accélération d'électrons, ainsi que de nouveaux moyens pour les caractériser.
La production de paquets courts d'électrons par irradiation femtoseconde de la photocathode de PHIL a été possible en partie grâce au projet DRUM. Le dispositif consiste à utiliser une fuite de 3 mJ à 10 Hz, étirée à 500 ps qui est envoyée sur une table optique au plus près de la photocathode. Cette table optique est utilisée dans un premier temps pour accueillir le compresseur d'impulsions permettant d'atteindre une durée ultime de 30 fs dans l'infrarouge ainsi que le tripleur de fréquence permettant de générer les impulsions dans l'ultraviolet avec une durée estimée à 100 fs.
