Multidétecteur 4$\pi$ INDRA - étude et réalisation d'un codeur de charge

A. Bertaut

Abstract : INDRA is a 4π detector for charged particles and fragments, recently installed at GANIL in CAEN. It allows a large space coverage, low detection thresholds and a great dynamic range (> 1000). It is composed of more than 600 detectors (Ionisation chambers, Silicon, Caesium iodide scintillators...). All these characteristics has led to fulfill a brand new acquisition chain able to treat, in the best conditions, the available information stream. This thesis is dedicated to the conception of a new charge converter able to integrate, to digitize and to store in memory the analog pulses coming from silicon detectors and ionization chambers of INDRA. An electronic design, made with the usual CAMAC standard used in nuclear physic, would have led to a very important number of modules and interconnections that could have not allowed to reach the desired performances. For these reasons the VXI, a VME standard extension, has been chosen. The usual amplitude converting method, sensible to input pulse shape has been abandoned in favor of a charge conversion. The converter has 32 analog inputs equivalent, with the help of a double gain procedure, to 16 bit precision for the smaller energies. An asynchronous triggering has been imagined, permitting a more flexible and less expensive use for the electronic modules. The design electronic module consists first for the working principles and adapted components choice. Secondly, some simulations and the realization of a prototypes have been necessary to validate them, before a final decision can be reached. Past the rush design period, some improvements are suggested in the light of the recent experience acquired after the first experiments.

Résumé : INDRA est un détecteur 4π de particules chargées et de fragments, récemment installé au GANIL à CAEN. Il est doté d'une grande couverture spatiale, de faibles seuils de détection et d'une grande dynamique en énergie (> 1000). Il est composé de plus de 600 détecteurs (Chambres à ionisation, Silicium, scintillateurs à Iodure de Césium...). Toutes ces caractéristiques ont conduit à concevoir, dans sa totalité, une chaîne d'acquisition capable de traiter, dans les meilleures conditions possibles, le flot d'informations que peut procurer un tel ensemble. Cette thèse est dédiée à la conception d'un nouveau codeur de charge capable d'intégrer, de numériser et de stocker en mémoire les impulsions analogiques issues des détecteurs au silicium et de chambres à ionisation d'INDRA. Un développement de l'électronique de traitement, dans le standard habituellement utilisé en physique nucléaire (le CAMAC), aurait impliqué un nombre trop important de modules et d'interconnexions ne permettant pas d'obtenir les performances désirées. Pour ces raisons, le VXI, extension du standard VME, a été choisi. La méthode classique de codage en amplitude, sensible aux temps de montée des impulsions à traiter, a été abandonnée au profit d'un codage en charge. Le codeur dispose de 32 entrées analogiques à double gain, autorisant pour les faibles énergies une précision équivalente à 16 bits. Un mode de déclenchement asynchrone a été imaginé, permettant une utilisation plus souple et moins onéreuse des modules électroniques. Le développement d'un module électronique consiste tout d'abord à effectuer des choix de principe et technologiques. Des simulations et la réalisation de prototypes sont ensuite nécessaires afin de les valider, l'ensemble de ces choix doivent ensuite être arrêtés. Après l'utilisation sur site de ces derniers, et sortis de la tourmente de la conception, des améliorations peuvent alors être éventuellement suggérées

4 π multidetector: Conception of a charge converter

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