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12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 11
ILC-TPC Grand Prototype ILC-TPC Grand Prototype et R&D bulk résistifet R&D bulk résistif
P. ColasP. Colas
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 22
Tests en faisceau au Japon (suite et fin)Tests en faisceau au Japon (suite et fin) Test anode resistive à DESY à B=5TTest anode resistive à DESY à B=5T Nouvelles de LC-TPCNouvelles de LC-TPC Grand prototypeGrand prototype Projet (ANR?) RESISTProjet (ANR?) RESIST VieillissementVieillissement DHCALDHCAL CSTS SPP 29 juinCSTS SPP 29 juin EUDET TimePix, Ingrid, etc… (David)EUDET TimePix, Ingrid, etc… (David)
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 33
France-France-JaponJapon
FRANCEFRANCE CEA/Dapnia SaclayCEA/Dapnia Saclay
(D. Burke)(D. Burke) M. ChefdevilleM. Chefdeville P. ColasP. Colas A. GiganonA. Giganon I. GiomatarisI. Giomataris M. RiallotM. Riallot F. SénéeF. Sénée S. TurnbullS. Turnbull
CNRS/IN2P3 OrsayCNRS/IN2P3 Orsay V. Lepeltier (LAL)V. Lepeltier (LAL) Ph. Rosier (IPN)Ph. Rosier (IPN) T. Zerguerras (IPN)T. Zerguerras (IPN)
JAPONJAPON KEK/IPNSKEK/IPNS
K. FujiiK. Fujii M. KobayashiM. Kobayashi H. KuroiwaH. Kuroiwa T. MatsudaT. Matsuda R. YonamineR. Yonamine
SagaSaga A. AozaA. Aoza (H. (H.
Fujishima)Fujishima) T. HigashiT. Higashi A. IshikawaA. Ishikawa A. SugiyamaA. Sugiyama H. TsujiH. Tsuji
Kinki U.Kinki U. Y. KatoY. Kato T. YazuT. Yazu K. HiramatsuK. Hiramatsu
Hiroshima U.Hiroshima U. T. TakahashiT. Takahashi
Tokyo TUATTokyo TUAT M. BitouM. Bitou (M. Habu)(M. Habu) (K. (K.
Nakamura)Nakamura) O. NitohO. Nitoh H. OhtaH. Ohta K. SakaiK. Sakai
KogakuinKogakuin T. WatanabeT. Watanabe
Laboratoire d’Actions Intégrées FJPPL
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Tests en faisceaux en juin et octobre 2005, tests cosmiques en 2006, participation au MPGD workshop à Saga et au FJPPL en 2007
Réunion endplate large prototype Paris septembre2006
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 55
Analyse du test en Analyse du test en faisceau de faisceau de
juin2005juin2005Avril-mai 2006 : 2 méthodes / programmes indépendants
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 66
Mesure de résolution à B=0.5 et 1TMesure de résolution à B=0.5 et 1T
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12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 88
Taking the finite pad width into account, K. Fujii derived a fully analytic formula for the resolution
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ScalingScaling(use dimensionless quantities scaled by the pad width w)
The resolution dependence on z has two regimes:
At large z the asymptotic behaviour follows the diffusion limit
At low z the effect of finite pad size dominates.
For typical values of Neff, the optimal resolution is about 10% of the pad size.
1/√12
1/√(12.Neff)
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AchievementsAchievements
With charge spreading, With charge spreading, the resolution was the resolution was measured to be measured to be 50 50 micronsmicrons at low z at low z
(and at all z for large (and at all z for large enough B field)enough B field)
KEK test beam
Micromegas with resistive foil
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Extrapolation à la TPC de l’ILCExtrapolation à la TPC de l’ILC
Conclusion: même avec un pas de 1mm, Micromegas avec des pads standard would ne permettrait pas d’atteindre le but de 130 m de résolution.
Cependant avec une feuille résisitive et des pads de 2.3 mm, ce but est largement atteint (courbe rouge).
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LC-TPCLC-TPC
Montage de la collaboration. Collaboration board, Technical board.
Memorandum of Agreement en cours de rédaction
Infrastructure procurée par EUDET (Aimant PCMAG de KEK, Electronique ALTRO (PASA modifié sans shaping)).
Dan Peterson a reçu un bulk fabriqué à Saclay (A. Giganon, S. Aune) et présenté les résultats à LCWS07 à DESY.
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Large Prototype Large Prototype panelspanels
= 80cm
D. Peterson, Cornell
Saga GEM prototype panel
(3700 channels)
Franck Senée, Marc Riallot
Panneaux prêts fin 2007, tests cosmiques à partir de janvier 2008, faisceau été 2008. Electronique AFTER?
Techno: Bulk résistif
Trigger : SiPM
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The ideal enplate The ideal enplate (dreams…)(dreams…)
Detector side
Electronics side
Resistive bulk
1000 l.p.i. Nanocrystalline copper mesh, or gold mesh
Credit-card-like integrated electronics
Low-mass cooling
Each yellow item is a R&D topic
Res. foil grounding on the side
Optical link
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The Carleton chamberThe Carleton chamberCarleton-Saclay Micromegas endplate with resistive anode.
128 pads (126 2mmx6mm in 7 rows plus 2 large trigger pads)
Drift length: 15.7 cm
ALEPH preamps + 200 MHz digitizers
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(r,t) integral over pads
(r) Q
mm ns
A point charge being deposited at t=0, r=0, the charge density at (r,t) is a solution of the 2D telegraph equation.
Only one parameter, RC (time per unit surface), links spread in space with time. R~1 M/□ and C~1pF per pad area matches µs signal duration.
t
1
RC
2r2
1
r
r
(r, t) RC
2t
r 2RC
4 te
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Demonstration with GEM + C-loaded kapton in a X-ray collimated Demonstration with GEM + C-loaded kapton in a X-ray collimated source (M.S.Dixit et.al., Nucl. Instrum. Methods A518 (2004) 721)
Demonstration with Micromegas + C-loaded kapton in a X-ray Demonstration with Micromegas + C-loaded kapton in a X-ray collimated source (unpublished)collimated source (unpublished)
Cosmic-ray test with GEM + C-loaded kapton (Cosmic-ray test with GEM + C-loaded kapton (K. Boudjemline K. Boudjemline et.al., et.al., to appear in NIM)to appear in NIM)
Cosmic-ray test with Micromegas + AlSi cermet (A. Bellerive et Cosmic-ray test with Micromegas + AlSi cermet (A. Bellerive et al., in Proc. of LCWS 2005, Stanford)al., in Proc. of LCWS 2005, Stanford)
Beam test and cosmic-ray test in B=1T at KEK, October 2005Beam test and cosmic-ray test in B=1T at KEK, October 2005
Reminder of past resultsReminder of past results
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The 5T cosmic-ray test at The 5T cosmic-ray test at DESYDESY4 weeks of data taking (thanks to DESY and T. Behnke et al.)
Used 2 gas mixtures:
Ar+5% isobutane (easy gas, for reference)
Ar+3% CF4+2% isobutane (so-called T2K gas, good trade-off for safety, velocity, large
Most data taken at 5 T (highest field) and 0.5 T (low enough field to check the effect of diffusion)Note: same foil used since more than a year. Still works
perfectly.
Was ~2 weeks at T=55°C in the magnet: no damage
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2020
The gain is independent of the The gain is independent of the magnetic field until 5T within magnetic field until 5T within
0.5%0.5%
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2121
Resolution = 50 µ independent of the drift distanceResolution = 50 µ independent of the drift distance
Ar+5% isobutane
B=5 T
Analysis:
Curved track fit
P>2 GeV
< 0.05
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2222
Resolution = 50 µ independent of the drift distanceResolution = 50 µ independent of the drift distance
‘T2K gas’
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2323
±20
Average residual vs x position
Before bias correction
After bias correction
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2424
B=0.5 TB=0.5 T Resolution at 0 distance ~50 µ even at low gainResolution at 0 distance ~50 µ even at low gain
Gain = 4700 Gain = 2300
Neff=25.2±2.1
Neff=28.8±2.2
At 4 T with this gas, the point resol° is better than 80 µm at z=2m
Even higher B fields possible : new concept?
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2525
RésisitifRésisitif
Arrivée de Stephen Turnbull en Arrivée de Stephen Turnbull en SeptembreSeptembre
Travail sur MC, tests T2K au CERNTravail sur MC, tests T2K au CERN ANR RESIST: 12 personnes+1 postdoc+STANR RESIST: 12 personnes+1 postdoc+ST Tests en labo: bulk résistif, mesures de Tests en labo: bulk résistif, mesures de
résistivité, uniformité, etc…résistivité, uniformité, etc… Tests en faisceau ou cosmique au CERN Tests en faisceau ou cosmique au CERN
et/ou TRIUMF ou Fermilabet/ou TRIUMF ou Fermilab
12 juin 200712 juin 2007 P. Colas - R&D ILC-TPCP. Colas - R&D ILC-TPC 2626
CONCLUSIONCONCLUSION
Bonne compréhension des gaz, de la Bonne compréhension des gaz, de la résolutionrésolution
Démonstration de l’efficacité de la feuille Démonstration de l’efficacité de la feuille résistive : 50 microns partoutrésistive : 50 microns partout
Confiance pour le vieillissement des bulks Confiance pour le vieillissement des bulks sous gaz pour T2K. Néanmoins à confirmer sous gaz pour T2K. Néanmoins à confirmer par des études longues et systématiquespar des études longues et systématiques
Démarrage du Large PrototypeDémarrage du Large Prototype Nécessité de développer le bulk résistifNécessité de développer le bulk résistif