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ILC-TPC Grand Prototype ILC-TPC Grand Prototype et R&D bulk résistifet R&D bulk résistif

P. ColasP. Colas

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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)

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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

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Analyse du test en Analyse du test en faisceau de faisceau de

juin2005juin2005Avril-mai 2006 : 2 méthodes / programmes indépendants

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Mesure de résolution à B=0.5 et 1TMesure de résolution à B=0.5 et 1T

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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

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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%

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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

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Resolution = 50 µ independent of the drift distanceResolution = 50 µ independent of the drift distance

‘T2K gas’

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±20

Average residual vs x position

Before bias correction

After bias correction

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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?

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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

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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