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Thème : Conception de détecteurs Micromegas

Voir à travers la matière avec les Micromegas

Publié le 12 juin 2017

​Technologie

Pour comprendre les constituants ultimes de la matière, les physiciens étudient les particules issues de collisions de protons comme au LHC (Large Hadron Collider au CERN). Un ensemble de détecteurs est nécessaire pour identifier et caractériser ces nouvelles particules. Le détecteur Micromegas est un détecteur gazeux capable de reconstruire les trajectoires des particules chargées. En traversant le détecteur, elle ionise le gaz le long de sa trace. Les électrons issus de l'ionisation dérivent sous l'effet du champ électrique et atteignent la micro-grille. Attirés par les trous de la grille, ils la traversent et pénètrent dans la zone d'amplification où le champ est bien plus important. Chaque électron est alors suffisamment accéléré pour arracher d'autres électrons aux atomes du gaz, et ainsi de suite ce qui provoque un phénomène d'amplification qui donnera un signal capable d’être mesuré.

Cette technologie, basée au départ sur celle des chambres à fils mise au point par le physicien et prix Nobel Georges Charpak, a été inventée en 1994 au service d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique du CEA (Irfu/Sédi). Depuis, le système Micromegas a connu plusieurs évolutions permettant de gagner en résolution spatiale, en capacité de fonctionner dans des flux de particules de plus en plus élevés, et avec des tailles et géométrie variables : petit, grand, et même courbe.

Plus d’une dizaine d’expériences de l’Irfu exploitent déjà ces Micromegas et dans l’avenir on imagine déjà ceux qui équiperont les détecteurs du futur que ce soit pour le collisionneur post-LHC ou pour une mission spatiale.

Actuellement, seuls deux laboratoires dans le monde sont capables de produire ces détecteurs : le laboratoire du CERN principal réalisateur et le Sédi principal utilisateur. Des industriels européens ont acquis le savoir-faire pour réaliser des grandes surfaces. Ces détecteurs présentent un fort potentiel pour l’instrumentation nucléaire, biomédicale et industrielle. Et les récents efforts de R&D réalisés par les chercheurs ont abouti à de nouveaux procédés de fabrication qui amélioreront considérablement la performance et le champ d’application des Micromegas. Une des pistes de valorisation est l’imagerie 3D avec par exemple une application pour la tomographie muonique pour voir le niveau de lave in situ dans un volcan, ainsi qu’un projet pour la sécurité aux frontières capable de détecter des matières nucléaires dans un conteneur. Depuis sa création dans les années 90, 5 brevets ont été déposés autour des Micromegas.


Partenaires

Recherches menées par les équipes du Service d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique (Irfu/Sédi) avec trois brevets d’invention CEA - Utilisation de la technologie par le Cern.


Applications

  • Accélérateur de particule

  • Nucléaire

  • Biomédical

Installation de Micromegas
Installation de Micromegas cylindrique pour l’expérience CLAS12 © Solène Landoas/Irfu/CEA


Schéma d'un Micromegas
Schéma d'un Micromegas. © CEA/Irfu


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Laboratoire Micromegas de Saclay : lamination de la micro-grille d’amplification sur un circuit imprimé de détection © CEA/Irfu