Photodtecteurs Grande surface Photomultiplicateurs de grande surface en

Photodétecteurs Grande surface Photomultiplicateurs de grande surface en physique expérimentale Dispositifs expérimentaux Rayons cosmiques de haute énergie Neutrinos. Télescopes "sous marins" Grands "Cerenkov" compacts Futures expériences et R&D associée Collaboration en cours avec PHOTONIS Projets Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Dispositifs expérimentaux Grande surface Rayons cosmiques (Observatoire Pierre Auger) 3 Photomultiplicateurs 5000 Photomultiplicateurs Photonis XP 1805 9 " , Gain : 2. 105 Grande dynamique Très bonne linéarité Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Dispositifs expérimentaux Grande surface Neutrinos. Télescopes "sous marins" Dumand (Hawaï) Lac Baïkal (Russie) Amanda / Ice Cube (Pôle Sud) Antares (Méditerranée, France) Baikal Nestor (Méditerranée, Grèce) Antares Grandes surfaces et efficacités Faibles signaux Bonne SER Bonne caractéristiques temporelles Amanda / Ice Cube Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Grande surface Dispositifs expérimentaux Neutrinos. Télescopes "sous marins" Dumand Philips XP 2600 Baïkal Quasar-370 /Ugon 15" hybride Amanda Hamamatsu R 5912 -02 Ice Cube Hamamatsu R 7081 -02 Antares Hamamatsu R 7081 -20 Nestor Hamamatsu R 8055 Baïkal 8" , Gain : 109 10" , Gain : 107 10" , Gain : 108 13" , Gain : 107 Amanda Joël Pouthas 15" hybride IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Dispositifs expérimentaux Grande surface Neutrinos. Grands "Cerenkov" compacts Kamiokande Super Kamiokande Kamland (Japon) SNO (USA) Mini. Boone (USA) Borexino (Italie) Grandes surfaces et efficacités Faibles signaux Bonne SER Bonne caractéristiques temporelles Super Kamiokande Joël Pouthas Faible radioactivité IPN Orsay Verre bas bruit pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Grande surface Dispositifs expérimentaux Neutrinos. Grands "Cerenkov" compacts SNO Hamamatsu R 1408 Borexino ETL 9351 Mini. Boo. Ne Hamamatsu R 5912 8" , Gain : 107 Kamiokande Hamamatsu R 3600 Super Kamio. Hamamatsu R 3600 -02 20" , Gain : 107 Kamland Hamamatsu R 7250 17" , Gain : 107 Super Kamiokande Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Grande surface Futures expériences Rayons cosmiques Auger Nord Télescopes sous-marins Nemo, Km 3 (Very (USA) (Méditerranée) Large Volume Neutrino Telescope) Grands Cerenkov compacts Hyper Kamiokande (Japon) UNO (USA) Megatonne (Europe) Hyper Kamiokande Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs 8 inch Grande surface 20 inch R 1408 : SNO / CANADA, LSND / LANL R 5912 : MILAGRO / LANL, mini-Boone / FNAL R 5912 -02 : AMANDA / South-Pole 10 inch R 7081 -20 : ANTARES (0. 1 km 2) / Marseille R 7081 -02 : ICECUBE / South-Pole 13 inch 8 inch 10 inch ? inch PMT? : KM 3 EXPERIMENT 13 inch R 8055 : NESTOR 17 inch R 7250 : Kam. LAND / Japan 20 inch R 3600 -02 : SUPER-KAMIOKANDE / Japan Yuji Yoshizawa , Octobre 2003 Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Grande surface Arrêt du projet PM de 40 pouces Orientation : 20 pouces Max HPD (PM hybride) Fabrication PM 20" Photocathode APD Prototype : HPD 5" Design possible : HPD 20" double Joël Pouthas 8 k. V et APD 3 mm IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Quelques R&D en cours R Grande surface R PM standard : pas de localisation Adjonction de guides de lumière Localisation si PM multi-anode Essais en cours avec des matériaux faible de coût (aluminised PETG) Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVv. T Conference, Octobre 2003 Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Quelques R&D en cours Grande surface Référence (premier HPD) Quasar 370 (Philips XP 2600) Quasar 370 was developed for Baïkal ã Large sensitive area (14. 5”dia. ) ã HV to accelerate photoelectrons ã A second scintillator to reconvert primary photoelectrons into photons ã A commercial, small-diameter PMT for final reading ã It needs HV (20 to 30 KV) inside the OM ã TTS can be strongly reduced ã It has an astonishing resolution Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVv. T Conference, Octobre 2003 Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Quelques R&D en cours Grande surface • Take a Quasar 370 and: ã Simplify the geometry ã Optimize TTS ã Create a segmented reading ã YAP inorganic scintillator layer ã 4 Hamamatsu R 7899 1” PMTs ã 12/24 V to 20/30 KV converter Andrea Bersani , NEMO-ANTARES group, VLVv. T Conference, Octobre 2003 Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Quelques R&D en cours Grande surface Cadre : Expérience CLUE Tom Project (2001) Prototype 5’’ Final 10’’ Photocathode Bi-alcaline ou Rb 2 Te 20/30 k. V Diode Si pixélisée Dispositif pour évaporation (INFN Pisa et CERN) Michele Giunta, INFN Pisa, VLVv. T Conference, Octobre 2003 Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Synthèse Grande surface PM 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 ? Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs PHOTONIS Grande surface 1980 – 1990 R&D sur tubes avec diode PIN (Collaboration CERN) 1990 – 2000 Tubes (base vision nocturne) avec APD Tubes boules pour SNO (XP 1802, 9’’) Proposition BOREXINO (idem) Essais au Lac Baïkal (Philips XP 2600) Développement pour ANTARES (XP 1804, 10, 4’’) Depuis 2 OOO Adaptation du XP 1802 à AUGER Réduction du gain (XP 1805) Chaîne de production des tubes de 9 pouces Collaboration PHOTONIS / IPN Orsay Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Collaboration avec PHOTONIS Grande surface Laboratoires : IPN Orsay, LAL Orsay et INFN Torino Cadre : Bourse Bd. I (50% Auger) , Oct 2003 – Oct 2006 Programme CNRS Astroparticules , Eté 2004 Objectifs : Développement de grands PM Electronique (FE) associée Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Grande surface PHOTONIS Collaboration avec IPN Orsay Etude des expériences en cours et futures Compréhension des caractéristiques des PM Caractérisation de nouveaux PM Sensibilité de photocathode Gain en mode DC Courant d’obscurité Réponse en électron unique (SER) et bruit Uniformité de réponse Linéarité Post-impulsions Efficacité de détection (relative) Sensibilité au champ magnétique terrestre Evolution du bruit avec la température Fluctuations temporelles PHOTONIS et IPNO PHOTONIS et INFN Torino IPNO IPNO + Electronique (exposé de Christophe) Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Bancs de tests IPN Orsay Grande surface Banc de test 1 Chariot mob ile Réponse en électron unique (gain, amplitude, P/V) Caractéristiques temporelles Uniformité de photocathode Efficacité de détection (relative) PM XP 2020 Source de lumière : - 241 Am + NE 111 - Diode Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Bancs de tests IPN Orsay Grande surface Banc de test 2 Bruit Variation avec la température la HT Post impulsions Boite noire (bois) Effet du champ magnétique Enceinte climatique (Voestch VC 4034) + Boite noire Al (-40° à +50° ) Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Quelques résultats Grande surface SER et Temps XP 1806, 8 pouces, type ANTARES SER P/V = 3 Température Temps (Limite: 2 ns) « Bursts » Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Quelques résultats Grande surface Post impulsions (Mesures à l’oscilloscope numérique) XP 1806, 8 pouces, type ANTARES Distribution en temps Taux de comptage différentiel Distribution en amplitude Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Progamme Grande surface Année 1 (Sept 03 -Sept 04) Mise au point des méthodes et bancs de tests Caractérisation sur des PM de référence Année 2 (Sept 04 -Sept 05) Fabrication et mesures de différents PM classiques (8’’ à 12’’) Etudes de verrerie Etudes 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 Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Participants Grande surface PHOTONIS Pascal Lavoute, Cyril Moussant Secteur Développement + Fabrication PM IPN Orsay R&D Détecteurs : Joël Pouthas, Bernard Genolini, Thi Nguyen Trung Etudiant Bd. I (50%) : Damien Dornic Stagiaires DUT (et vacataires ? ) pour les séries de mesures + Collaboration INFN Torino Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr

Photodétecteurs Grande surface Demande financement CNRS / IN 2 P 3 Appel d’offres CNRS en Astroparticules « R&D sur les photomultiplicateurs et l’électronique associée » (IPN Orsay, LAL Orsay et PHOTONIS) Demandé en 2004 : Obtenu (Sept 04) : 44 k. E HT (dont 23 pour les PM) 35 k. E HT En 2005 : Annoncé 35 k. E HT (dont 13 pour les PM) + Manque 2004 (11 k. E) ? En 2006 : ? ? ? Demande IN 2 P 3 en Equipement de Laboratoire « Equipements pour les études et tests de détecteurs » Demandé en 2004 44 k. E HT Obtenu : 0 Demande 2005 : 35 k. E HT + Vacations ? Joël Pouthas IPN Orsay pouthas @ipno. in 2 p 3. fr