Characterisation of low resistivity glass resistive plate chambers for the CMS upgrade
Caractérisation de détecteurs à plaques résistives de verres de basse résistivité en vue de la mise à niveau de CMS
Résumé
The installation of new resistive plate chamber detectors (RPCs) in the 2 most remote sectors (RE3 / 1 and RE4 / 1) of the CMS End-Caps is planned during the Phase-2 CMS upgrade in 2024. Glass Resistive Plate Chambers (GRPC) with low resistivity glass as electrodes have been proposed to equip these sectors. These detectors should sustain these zones' particle rate. The aim of this Thesis is to study and characterise these detectors, their associated readout electronics and their behaviour under radiations.Two ways of building half size chambers by tesselation of glass plates with maximal size 32*30cm² have been developped. A new PCB with strips readout read by dedicated ASICs (PETIROC2A) without eta segmentation is also described. It allows, thanks to a 25 ns time-resolution TDC to estimate the particle crossing position on the strip with a resolution of the order of cm. This manuscript describes all these devices and discusses the devices' performance measured in beam tests done at the CERN PS and SPS accelerator and at the Gamma Irradiation Facility (GIF++). This study shows that the low resistivity glass, though able to sustain the particule rate, is not the best option for the CMS upgrade. On the contrary, the tested electronic has been proven to fit the CMS upgrade requirements and is now considered as the baseline of the CMS End-Caps RPC upgrade project
La mise à niveau du détecteur CMS (Upgrade Phase-2) en 2024 prévoit l'installation de nouveaux détecteurs à plaques résistives (RPC) dans les 2 secteurs les plus externes et les plus vers l’avant (RE3/1 et RE4/1) des bouchons. Des RPC en verre de basse résistivité (GRPC) ont été proposées afin d'instrumenter ces secteurs où le flux de particules sera de l’ordre du kHz/cm², valeurs pour lesquelles les RPC actuelles de CMS ne sont pas efficaces. Cette thèse porte sur l'étude et la caractérisation de ces GRPC, de leur électronique de lecture associée et de leur résistance aux irradiations. Deux méthodes de production de chambres de taille moitié des chambres finales à partir de pavages de verres de taille maximale 32*30cm² ont été élaborées et testées. Un nouveau circuit électronique (PCB) à bandes de détection non segmentées en êta et lues par des puces dédiées (PETIROC2A) est également présenté. Il permet grâce à des chronomètres numériques (TDC) de 25 picosecondes de résolution, une précision de l'ordre du centimètre sur la mesure de la position du passage des particules le long des bandes. Cette thèse décrit ces nouveaux dispositifs et présente les résultats obtenus avec ceux-ci lors de tests en faisceaux auprès des accélérateurs PS et SPS du CERN ainsi qu'au Gamma Irradiation Facility (GIF++). Cette étude montre que le verre de basse résistivité, bien que supportant les flux de particules, n'est pas la meilleure solution pour l'environnement de CMS car il nécessite un mélange gazeux différent pour fonctionner. Cependant, la nouvelle électronique a prouvé son adéquation à cet environnement et est maintenant considérée comme l'option privilégiée pour la mise à niveau de CMS
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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