• CREAM est une expérience de mesure du rayonnement cosmique dans la gamme d'énergie comprise entre 10¹² et 10¹⁵ eV. CREAM est une collaboration internationale entre 8 Universités et 5 Instituts (dont deux français) ayant pour objectif la construction d'un détecteur, son exploitation au cours de vols ballons longues durée annuels et le traitement des données scientifiques.
Le service électronique a pris dès le début du projet au LPSC la responsabilité de toute l’électronique du sous détecteur CHERCAM. CHERCAM est un imageur Cherenkov basé sur l’expérience acquise pour AMS. Les spécificités de l’électronique sont les suivantes :
- Mettre en œuvre les photomultiplicateurs (alimentation haute tension, base de PMT) dans un mauvais vide (5mbar).
- Intégrer et numériser les signaux issus des 1600 Photomultiplicateurs (PMT)
- Faire une sélection automatique de gain et une suppression de zéros afin de passer de 1600x2 à une vingtaine de données par images.
- Gérer les différents modes d’opération (Calibration, Acquisition, Configuration)
• Les ASIC conçus pour AMS ont été réutilisé pour cette expérience, chaque ASIC et son électronique d’acquisition associée permet de lire un sous module de 16 PMT grâce à une chaîne de spectrométrie classique. Ces ASIC associés à un FPGA gérant la sélection de gain et la programmation du « picking time » sont montés sur une carte DAQ-FEE, elle même directement connectée à la carte d’alimentation HT (base) des PMT. Ces deux cartes associés à 16 PMT forment un sous module du détecteur. Une attention particulière est portée sur la partie haute tension de ces sous module qui sera enrobé de résine afin d’éviter les claquages en vol
CHERCAM Sous module de 16 PMT avec ses cartes d’alimentation (pont HT) et DAQ-FEE
• Des alimentations -1400V/1mA, développées par le service électronique en collaboration avec le CESR de Toulouse, alimentent les 1600 photomultiplicateurs de la caméra Cherenkov à partir du 28V des panneau solaire du ballon sonde. Les principales spécificités lors du développement sont d’une part la pression critique de fonctionnement à environ 5 mbar autour du coude de Paschen, d’autre part les variations de température importantes entre le point de lancement (Base de McMurdo - Antarctique) et le point d'opération à 40km d’altitude .
Une robustification de l’électronique a été mise en œuvre pour se prémunir des contraintes de pression grâce un potting spécifique apportant une bon maintient mécanique et surtout une bonne tenue au vide, par une grande rigidité diélectrique de l’ensemble (20KV/mm). Au total 100 alimentations ont été intégrées autour de la matrice du CHERCAM.
• L’acquisition de donnée est principalement confiée à deux cartes :
Deux cartes Merger sont utilisés pour transmettre les alimentations, commandes et triggers aux cartes DAQ-FEE, concentrent les données en provenance de ces même cartes (50 sous modules par Merger), gèrent la LED de calibration et fabriquent la trame de donnée fourni à la carte suivante.
Une carte Sparsification qui récupère les données des cartes Merger, les mets en forme et les présente à l’ordinateur de bord (suppression de zéros), gère les triggers et les numéros d’événements et fabrique les trames de commandes.
L’électronique du détecteur est complétée par des cartes flex d’interconnexion entre les sous modules et les cartes Merger, une carte HSK gérant les télémétries (acquisition basse vitesse, tension, températures, etc…) et une carte d’alimentation basse tension.
Afin de tester le détecteur dans les meilleures conditions, un simulateur de l’ordinateur de bord de CREAM à également été développé ainsi qu’une carte USB d’acquisition des télémétries et leurs logiciels associés. C’est au total, 11 cartes électroniques, leurs logiciels embarqué et de tests qui ont été conçues par le service en un peu plus d’un an.
Le service électronique s’est également fortement impliqué dans le montage (avec le service mécanique et le SDI) et le test du détecteur. Un ensemble de quatre sous module a été testé sous faisceau au CERN et deux campagnes de tests d’acceptance ont été menées à l’IAS (Orsay) pour un test sous (mauvais) vide et à Intespace (Toulouse) pour un test thermique. Le sous détecteur a ensuite été livré à l’UMD (Etats-Unis) pour intégration où nous avons également participé a divers tests.
CREAM a effectué son premier vol avec le sous-detecteur CHERCAM en décembre 2007 et CHERCAM devrait voler une quatrième fois en décembre 2010. Ce projet aura été une réalisation majeure pour le LPSC et le service électronique, ce sous détecteur complet ayant été conçu et fabriqué entièrement (pour la partie électronique) au laboratoire en moins de deux ans. En 2009 et 2010, le service électronique a également participé aux campagnes de préparation et de récupération du détecteur sur la base de McMurdo.
Pour en savoir plus sur la physique de CREAM
