Les réseaux de télescopes gamma de très haute énergie actuels avec la
technique d’imagerie Cherenkov atmosphérique (comme CANGAROO, HEGRA,
HESS, MACE, MAGIC et VERITAS) hébergent au maximum cinq télescopes
individuels. L’Observatoire Cherenkov Telescope Array (CTA) est conçu
pour détecter les rayons gamma avec plus de 100 télescopes au total.
Pour avoir un domaine spectral plus large, des télescopes de petite
taille, de taille moyenne et de grande taille (respectivement 4 m, 12 m
et 23 m de diamètre) seront installés dans les hémisphères nord et sud.
La gamme d’énergie couverte s’étend de 20 GeV à 300 TeV. Plus de 30 pays
sont engagés dans diverses activités allant de la construction au
développement scientifique de son installation. La sera une des caméras
pour les télescopes de taille moyenne qui couvrent la gamme
100 GeV-30 TeV. Elle contient 1855 pixels disposés sur une surface
d’environ 6 m2 et elle a une conception modulaire. Les 265 modules du
plan focal de la NectarCAM contiennent chacun 7 tubes
photomultiplicateurs avec leur électronique d’alimentation et de
pré-amplification connectée à une carte interface permettant de
communiquer avec le reste de la caméra. La conception, le développement
et la production de ces modules du plan focal de la NectarCAM sont sous
la responsabilité de l’IRAP. Lors de leur fabrication, nous devons nous
assurer qu’ils sont valides et répondent aux exigences du consortium
CTA. Mon travail de thèse consiste à concevoir et réaliser un banc de
test, l’étudier, le caractériser et l’étalonner pour pouvoir contrôler
la qualité et les performances de ces modules. Après avoir calibré le
gain des unités de détection d’un module, l’étude de la réponse
impulsionnelle, le niveau de bruit, la tenue au bruit du fond du ciel
nocturne, la résolution et la détermination des divers défauts de ses
photodétecteurs, caractérisent les performances de chaque pixel avant
d’être intégré dans la caméra. L’exploitation de ce banc de test a
permis de mesurer les performances de 61 modules destinés à équiper un
prototype de NectarCAM qui a été installé dans un prototype de télescope
de taille moyenne à Adlershof (Allemagne). Ces tests ont montré que les
performances de ces modules respectent les exigences scientifiques. Le
banc a été ensuite amélioré pour l’analyse de la production des modules
du modèle de qualification de la caméra et nous avons comparé les
résultats des performances scientifiques de ces photodétecteurs par
rapport au cahier des charges de la NectarCAM. Le modèle de
qualification sera la première caméra installé au site nord de CTA à la
Palma, en Espagne.
Mots clés : CTA, rayon gamma, Cherenkov, télescope,
IACT, NectarCAM, tubes photomultiplicateurs, électronique, banc de
tests, calibration, performances, performances instrumentales. |
The major facilities of very high energy gamma ray telescope arrays with
the imaging atmospheric Cherenkov technique (i.e. CANGAROO, HEGRA, HESS,
MACE, MAGIC and VERITAS) host up to a maximum of five individual
telescopes. The Cherenkov Telescope Array (CTA) Observatory is designed
to detect gamma rays with more than 100 telescopes. For achieving a
large energy range detection, small-sized, medium-sized and large-sized
telescopes (with diameters of 4 m, 12 m and 23 m respectively), will be
located in the northern and southern hemispheres. They will cover an
energy range of 20 GeV to 300 TeV. More than 30 countries are involved
in various activities ranging from construction to scientific
development of the facility. The NectarCAM is one of the cameras for the
medium-sized telescopes which covers the 100 GeV-30 TeV range. It
contains 1855 pixels mounted on a surface of 6 m2 and has a modular
design. All the 265 modules of the NectarCAM contains 7 photomultiplier
tubes with their power supply and preamplification which is connected to
an interface board that allows them to communicate with the rest of the
camera. The design, development and the production of the modules is
under responsability of IRAP. When manufacturing them, we must ensure
that they are valid and fulfills the requirements of the CTA consortium.
My thesis work is to implement a test bench and then studying it,
characterizing it and calibrating it to control the quality and
scientific performance of the modules. After having calibrated the gains
of the pixels of the detection units of a module, the impulse response,
the noise level, the stability within night sky background noise, the
resolution and the determination of the various defects of the
photodetectors, characterize the performances of each detector before
being integrated into the camera. The test bench has enabled us to get
the performances measurements of 61 modules for the NectarCAM prototype
that has been mounted on a protoype of medium-sized telescope in
Adlershof (Germany). These tests showed that scientific performances
fulfill the requirements. The test bench was upgraded for the analysis
of the production of the modules for the qualification model of the
camera and we discussed the results we obtained compared to NectarCAM
requirements. The qualification model will be the first camera installed
at the CTA north site in La Palma, Spain.
Keywords: Gamma ray, Cherenkov, telescope, IACT,
NectarCAM, photomultiplier tubes, test benches, calibration,
performances, instrumental performances. |