Fiabilité à long terme des détecteurs gazeux à micropistes et de leur électronique de lecture dans les conditions de fonctionnement du LHC : étude de la reconstruction des traces d'électrons dans le trajectographe du détecteur CMS

Long term fiability of microstrip gas chambers and their readout in the condition of exploitation of the LHC : study of the track electron reconstruction in the CMS tracker

• Auteur / Autrice : David Bouvet
• Direction : Didier Contardo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Physique des particules
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Contardo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chambres d'ionisation

Rayonnement de freinage

Particules (physique nucléaire) -- Traces

Trajectographie

Détecteurs gazeux (radioactivité)

Grand collisionneur de hadrons

Résumé

L'expérience CMS (Compact Muon Solid) prévoyait l'utilisation de MSGC (MicroStrip Gas Chambers) sur une surface d'environ 200m2 dans son trajectographe interne. Les conditions d'exploitation (luminosité = 10[puissance 34] cm-2s-1) ont nécessité un important programme d'étude de la fiabilité des MSGC concernant la tenue au flux et la stabilité à long terme. Dans ce cadre, le groupe CMS Traces de Lyon a proposé et évalué des MSGC : les SGC (Small Gap Chambers). Pour étudier la résistance aux radiations des SGC, de nombreux tests ont eu lieu sous un faisceau de pions de 350 MeV au Paul Scherrer Institut à Zurich. Tout d'abord effectué sur des chambres de petite taille (5 cm x 2. 5 cm), la mesure du taux de décharges et l'extrapolation à 500 jours équivalents LHC ont permis de valider la bonne tenue des détecteurs aux intensités du LHC. Des détecteurs de grande taille (14 cm x 5 cm) ont ensuit été testés. Un étage de préamplification, le GEM (Gas Electron Multiplier) a été ajouté pour compenser l'augmentation du bruit et de la capacité des pistes. Le GEM a apporté une diminution significative du taux de décharges et une augmentation de la marge de fonctionnement. L'étude du vieillissement à long terme de SGC a été réalisée à l'aide d'une source de rayons X de 55Fe de 6. 4 keV durant plusieurs mois. La perte de gains est estimée par une diminution du courant, mesurée en fonction de la charge intégrée par centimètre de piste. Les résultats montrent que la perte est d'environ 25% en 5 ans de fonctionnement à haute luminosité au LHC. La reconstruction des traces d'électrons dans le trajectographe de CMS est importante car les électrons interviennent dans la signature de nombreux signaux de physique. Une étude a été menée sur l'amélioration de l'efficacité de reconstruction en introduisant une perte d'énergie des électrons par rayonnement de freinage