Etude et réalisation des détecteurs pour l'espace

Since a few years a new type of photodetector known as SIPM "Silicon Photomultiplier" is being developed. We wanted to know if the SIPM could operate under the conditions of the space environment and if its lifetime could match that of a satellite in orbit. We have characterized at the laboratory three types of SiPMs: - (1x1 mm2; matrix of 1024 pixels); - (3x3 mm2; matrix of 5625 pixels); - (5x5 mm2; matrix of 3600 pixels). We studied their behaviour in comparison with thermal and electrical variations, their long-term stability, their ageing, and their behaviour in comparison with an important flow of particles. We then wanted to know if the SIPM could be used as a photomultiplier of a trigger system of the space-borne particles detectors. For this, we have designed different configurations of detectors based on SiPMs and we tested their performance initially using the cosmic muons, and then using an electron beam (500MeV @ 50Hz) that provided us the "Beam Test Facility (BTF)" of the National Laboratory of Frascati (LNF). From this test the configuration which presented the best effectiveness and the best ratio signal to noise was retained. We thus proposed it, like trigger of the next generations of the space-borne particles detectors. We finally worked on one of the space projects that will allow us to use the SiPM in space: the SiRad (Silicon Radiation) project. This project is under construction in our laboratory. We present its various parties, its operating principle, and the results of the very promising first tests on this device.

In questi ultimi anni è stato sviluppato un nuovo tipo di rivelatore di particelle conosciuto sotto il nome di SiPM "Silicon Photomultiplier". La prima domanda che ci siamo posti è stata: può questo rivelatore operare in un ambiente spaziale con le restrizioni legate a quell'ambiente ?, la sua vita media è compatibile con la durata di un volo satellitare in orbita? . Per rispondere a queste domande, abbiamo caratterizzato nel nostro laboratorio tre tipi di SiPMs: 1x1 mm2 ; matrice di 1024 pixel; 3x3 mm2 ; matrice di 5625 pixel; 5x5 mm2 ; matrice di 3600 pixel. Abbiamo studiato il loro comportamento in relazione alle variazioni termiche ed elettriche, la loro stabilità a lungo termine, il loro invecchiamento, il loro comportamento in risposta a un flusso importante di particelle (RadHard). Abbiamo voluto dare una risposta al suo utilizzo (SIPM) come "detector" di un sistema di trigger per dispositivi per rivelazione di particelle nello spazio. Per rispondere a questo quesito, abbiamo concepito diverse configurazioni di rivelatori a base di SiPMs e abbiamo provato le loro prestazioni utilizzando inizialmente i muoni cosmici, in seguito attraverso l'utilizzo di un fascio di elettroni (500MeV@50Hz), che ci ha fornito il “Beam test Facility (BTF)" del laboratorio nazionale di Frascati (LNF). Alla fine di questa prova, la configurazione che presentava la migliore efficacia e la migliore relazione segnale rumore è stata presa in considerazione, e proposta, come trigger delle prossime generazioni di rivelatore di particelle per lo spazio. Abbiamo infine inserito i nostri risultati sperimentali su uno dei progetti spaziali che ci permetterà di utilizzare gli SiPM : Progetto SiRad (Silicon Radiation). Questo progetto è in fase di costruzione nel nostro laboratorio. Qui presentiamo le sue diverse parti, il suo principio di funzionamento e i risultati dei primi test su quest'apparato.