Projet ANR-11-BS04-0025 – SPLAM : Développement de détecteurs Micromegas de grande taille pour la détection de particules à haut flux
Programme : Blanc - SIMI 4 - Physique (Blanc SIMI 4) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Damien Neyret (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)
Partenaires : Laboratoire d'Annecy le Vieux de Physique des Particules; Ciréa CIRCUITS IMPRIMES REALISATIONS ELECTRONIQUES D' ANJOU; Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers; Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées; PME
Montant : 614889.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Plusieurs expériences de physique des particules prévoient d'utiliser des détecteurs gazeux Micromegas (MM) de grande taille (> 0.1 m²) dans des flux intenses. Ainsi le CEA Saclay développe de tels détecteurs pour CLAS12 au Jefferson Laboratory (USA) et COMPASS 2 au CERN (Genève) afin de détecter les particules diffusées lors de l'interaction entre un faisceau et une cible avec d'excellentes résolutions spatiales (< 100 µm) et une efficacité supérieure à 95% dans un environnement très radiatif. Les MM seront aussi utilisés à plus long terme auprès d’un futur collisionneur linéaire, avec une application pour un calorimètre hadronique (DHCAL) en cours d'étude au LAPP d'Annecy. Le laboratoire Subatech à Nantes étudie en parallèle l'utilisation de MM dans un télescope Compton cryogénique de grande surface contenant du xénon liquide comme milieu de détection, pour des applications médicales.
Ces différentes utilisations nécessitent de développer des MM de grande taille dans des conditions pour lesquelles les taux de décharges sont élevés avec des détecteurs classiques. Ces applications imposent aussi des contraintes spécifiques: faible quantité de matière, conditions cryogéniques, grande fiabilité et faible espace disponible pour DHCAL.
Il sera également nécessaire de disposer d'une solution fiable de fabrication de grands MM. La société Ciréa à Cholet, qui fabrique des circuits imprimés de grande taille, souhaite acquérir la technologie de fabrication des MM monolithiques dits « bulk ». Elle possède par ailleurs des compétences dans les circuits imprimés qui seront cruciales pour certains aspects  de ce projet.
Des études préliminaires ont déjà été menées sur des solutions aux problèmes de décharges des MM qui pourraient limiter leur performance et affecter le fonctionnement de l'électronique de lecture. Elles ont montré que l'ajout d'une feuille de GEM permet de réduire le taux de décharges d'un facteur 10 à 100. Une solution utilisant des résistances enterrées sous des pads résistifs semble aussi très prometteuse.
Le projet prévoit donc l'adaptation de ces solutions à des MM de grande taille avec le minimum de matière, ainsi que l'industrialisation de la fabrication. Ceci nécessitera une phase de R&D avec le partenaire industriel pour optimiser le processus de fabrication. A cette occasion, une transmission du savoir-faire vers la société Ciréa aura lieu. Des études seront aussi menées avec Subatech sur l'application de MM « bulk » pour la photo-détection en environnement cryogénique. Parallèlement, une modélisation théorique  des MM et de leur électronique, incluant un circuit de protection, sera menée par le LAPP afin de mieux comprendre le rôle de ce circuit sur l'impact des décharges. La modélisation sera affinée grâce aux détecteurs réels, et elle sera utilisée afin d'optimiser la protection de l'électronique. L’intégration de la protection, soit à l'électronique via une puce dédiée, soit au détecteur via des composants enterrés sera étudiée. Les zones de détection recevant un grand flux de particules seront équipées d'une lecture par pixels afin de limiter le taux d'occupation et de préserver leur efficacité.
Le projet sera donc échelonné en plusieurs phases :
- définition et dessin d'un prototype commun permettant de valider les solutions retenues et de tester la modélisation
- production et tests de grands prototypes afin de valider les solutions de réduction des décharges, ceci dans différents environnements: faisceaux intenses de hadrons, condition cryogénique ou champ magnétique intense
- collaboration avec Ciréa sur la fabrication de détecteurs « légers » tout en transférant le savoir-faire lié à la réalisation de MM
- R&D spécifiques menées avec Ciréa en vue d'optimiser la production de détecteurs avec résistances intégrées et/ou un circuit de protection, ainsi que la segmentation de la grille afin de diminuer l'impact des décharges
- production et tests de détecteurs prototypes puis de pré-série avec Ciréa