Contribution à l'étude du mode SQS : développement d'un prototype de chambre à localisation : mécanisme de propagation du streamer
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is a study of the Self-Quenching Streamer mode in gaseous detectors. The set-up of a prototype devoted to the localization of light particles in the focal plane of a spectrometer and the experimental results are presented in the first part. The prototype is a cathode read-out multiwire chamber with an Argon-Ethane mixture. The cathode charge distribution is studied. We confirm that the SQS mode is not saturated, but for an adequate choice of the high voltage, we find that the dynamics of the pulses is sufficiently limited to allow 100% efficiency with Z = 1 or 2 particles. The intrinsic spatial resolution is about 200 micrometers. We evaluate the factors contributing to the differential linearity. In the second part, we discuss the streamer propagation mechanisms. Several numeric computation programs were written for this purpose, the most important being:- A Monte-Carlo program simulates the evolution of an electron population in a constant field or during an avalanche taking into account the collisions inside the plasma. - A program is based on a phenomenological model describing the space charge field which governs the streamer propagation starting with experimental or calculated parameters. The first allows the interpretation of the very large dependence of drift velocities on the composition of the gas mixture, and an estimation of the production rates of UV photons in the primary avalanche. With the second we propose a criterion for the transition to SQS mode. A dynamical description of the behavior of the streamer during the first twenty nanoseconds explains some of the experimental observations. A microscopie mode for the streamer propagation is proposed.
Abstract FR:
Ce travail est une contribution à l'étude des détecteurs gazeux fonctionnant en mode "Self-Quenching Streamer" (SQS). La première partie présente la réalisation d'un prototype développé pour la localisation des particules légères derrière un spectromètre, et les résultats obtenus. Le prototype est une chambre multifils à lecture cathodique, fonctionnant avec un mélange Argon-Ethane. La distribution des charges induites sur les cathodes est étudiée. Nous montrons que dans un domaine de tension la réponse du détecteur varie suffisamment lentement pour qu'une efficacité de 100% puisse être atteinte avec des particules de Z = 1 ou 2. La résolution spatiale intrinsèque est compatible avec 200p. M. Les facteurs déterminant la qualité de la linéarité différentielle sont évalués. La deuxième partie du travail est consacrée à la discussion des mécanismes de propagation du streamer. Plusieurs programmes de calcul numériques ont été développés à cet effet:- Un programme de Monte-Carlo simulant l'évolution d'une population d'électrons dans un champ constant ou lors d'une avalanche, intégrant les phénomènes de collision dans le plasma. - Un programme de modélisation tenant compte du champ des charges produites au sein de la décharge. Les paramètres sont tirés d'observations expérimentales ou calculés par la simulation. La simulation permet l'interprétation des ordres de grandeur très différents de vitesse de dérive observés selon la nature des mélanges gazeux, et l'estimation des taux de production des photons UV dans l'avalanche primaire. La modélisation de la décharge permet de proposer un critère régissant la transition vers le mode. La description dynamique de l'évolution du streamer pendant les premières 20ns, explique plusieurs phénomènes caractéristiques. Un modèle microscopique de propagation du streamer est proposé.