Advances in calibration and tracking techniques for pixelated Si Timepix3 detectors

Cette thèse présente un travail ciblé sur les fonctionnalités d’un détecteur Timepix3 (TPX3)
\nen ce qui concerne son utilisation dans le programme expérimental ATLAS-TPX3 au grand
\ncollisionneur de hadrons. Une évaluation directe d’un TPX3-Si a été complétée, ciblant plusieurs
\nvariables importantes connectées à la mesure du champ de radiation dans l’expérience
\nATLAS, par des études de retraçage de particules, de spectrométrie, ainsi que de stabilité
\ndu détecteur dans cet environment. Tout les résultats sont décrits dans trois publications
\nformant la base de cette oeuvre.
\n
\nLe Timepix utilisé dans cette thèse consiste en un senseur de silicium ayant une épaisseur
\nde 500 μm divisée en 256 × 256 pixels. Chaque pixel a une aire de 55 × 55 μm^2.
\n
\nLa première étude porte sur la réponse du détecteur aux fluctuations de température
\nqui ont été étudiées avec le but de déterminer la stabilité du détecteur dans le vide ainsi
\nque dans des environments ou des situations dans lesquels les températures de matériaux
\nentrant en contact avec le détecteur sont variables. Il a été observé que l’augmentation de
\nla température correspond à une croissance dans la taille des amas de pixels. Cela indique
\nque la température réduit le biais effectif interne, ce qui a comme conséquence la diminution
\nde la zone de désertion, par la suite réduisant le champ électrique auquel sont soumis les
\nporteurs de charge.
\n
\nLa deuxième étude vise à déterminer les paramètres affectant le regroupement des amas
\nde pixels (clustering). Une technique impliquant l’utilisation de plusieurs faisceaux d’ions
\nest appliquée pour déterminer l’effet de l’énergie ainsi que de la masse d’une particule sur la
\ntaille des amas de pixels, avec le résultat que les énergies plus élevées produisent des amas plus grands. Pourtant, il est aussi trouvé que la taille des amas s’accroit aussi selon la masse
\ndes ions, bien que plus faiblement. Ces résultats ont des conséquences sur les algorithmes de
\nretraçage qui sont cruciaux pour l’identification des particules.
\n
\nLa troisième étude décrit une évolution de la présente technique d’étalonnage en énergie
\nutilisée dans le réseau de détecteurs ATLAS-TPX3. Des protons possédant des énergies entre
\n2-4 MeV sont utilisés comme particules d’étalonnage, dans le but de réduire la saturation
\nde charge qui se produit aux énergies élevées dans chaque pixel, étant vue dans la technique
\nd’étalonnage conventionnelle. Pour déveloper une extension de cette technique pixel-parpixel,
\nseules les hauteurs d’amas de ces protons sont gardées dans les amas, avec leurs
\nénergies corrigées pour ajuster pour la perte de charge causée par la saturation. Appliquant
\nce nouvel étalonnage à des protons dans la gamme énergétique de 1,3 à 8,4 MeV, l’énergie
\nreconstruite s’approche de la vraie valeur à 30% en moyenne. Les ions de lithium et de
\ncarbone dans la gamme énergétique de 8 à 25 MeV ont également été mesurés avec des
\nénergies reconstruites améliorées.

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