DS10 - Défi des autres savoirs

Optimisation d'Agata pour la physique – OASIS

OASIS

Le projet a pour objectif d’optimiser l'AGATA actuellement construit <br />en Europe. C'est un projet qui aborde deux aspects. Le premier est <br />l'amélioration des performances d'AGATA, c’est-à-dire la détermination <br />des positions des interaction et les spectres gamma. Un aspect <br />important d'une nouvelle instrument scientifique est la compréhension <br />de son fonctionnement. La deuxième partie d’OASIS se consacre à la <br />tâche de fournir cette compréhension à la communauté.

OASIS a pour objectifs d'améliorer la précision de la détermination de la position d'interaction des rayons gamma, du suivi des rayons gamma et de l'exploitation des données AGATA.

Un grand nombre de publications scientifiques ont été produites en <br />utilisant AGATA, démontrant clairement la haute <br />performance de AGATA. Cependant, il est également clair qu’il est <br />nécessaire d’améliorer la performance dans l'analyse de la forme du <br />impulsion et les algorithmes pour le suivi de trajectoires des rayons <br />gamma. Aussi, comme la performance augmente la physique étudiée <br />demandera plus de notre compréhension des caractéristiques du <br />système de détecteur AGATA. le L’objectif de cette ANR est de supprimer <br />ces obstacles en <br />- amélioration des performances de l'analyse de la forme des <br /> impulsions et du suivi des trajectoires de rayons gamma. Ici, la <br /> nouveauté par rapport aux techniques actuelles serait le retour du <br /> suivi des trajectoires rayons gamma vers le PSA. L’autre nouveauté <br /> serait d’utiliser la forme d'impulsion entière pour améliorer la <br /> qualité de l'entrée dans le algorithmes de forme <br /> d'impulsion. L’utilisation d’un numériseur identique à celui utilisé <br /> dans AGATA pour la caractérisation expérimentale des détecteurs <br /> AGATA est une ingrédient nécessaire pour atteindre cet objectif. <br />- Traduire les techniques de spectroscopie gamma connues pour la <br /> technique de la suivi de trajectoires de rayons gamma . Des exemples <br /> sont les distributions angulaires de structures quasi-continues <br /> dans les spectres gamma, déconvolution de spectres gamma pour <br /> extraire le pli moyen, l'énergie, etc. <br />Ces deux objectifs seront atteints en combinant l’évaluation du progrès <br /> sur les données de faisceau des campagnes AGATA ainsi que <br />des mesures dédiées sur des cristaux AGATA simples et calcules des <br />impulsion de formes et simulations Monte Carlo d’AGATA. Le projet va <br />également donner des connaissances précieuses sur des détecteurs <br />HPGe segmenté. De plus, nous avons l'intention d'extraire autant de <br />données scientifiques résultats possibles par <br />- L'application des résultats ci-dessus lors de l'analyse d'expériences <br /> des campagnes AGATA.

L’objectif 1 sera abordé à l’aide de simulations numériques. Un code
développé par le coordinateur scientifique au cours de la dernière
décennie, appelé AGATAGeFEM résout le champ électrique et les
potentiels de pondération en utilisant Méthodes d'éléments finis avec
cellules tétraédriques. Le code AGATAGeFEM sera utilisé pour étudier
quelles lacunes dans les données de forme d'impulsion base qui sont
responsables des problèmes rencontrés par le PSA. Cela se fera en
générant un ensemble de points d’interaction dans AGATA à l'aide du
logiciel de simulation AGATA Monte Carlo, puis calculer les formes
d'impulsions correspondantes avec des variations des paramètres. Ces
impulsions seront ensuite analysées en utilisant le même code que
utilisé pour l'analyse des données dans AGATA.

L’objectif 2 sera traité en ajoutant des informations aux algorithmes
de PSA. En général, l’idée est d’ajouter des informations au
décomposition de forme d'impulsion permettant une meilleure
détermination du nombre de interactions à l'intérieur de segments
simples. Une possibilité est de laisser PSA suggérer plusieurs
solutions en variant le nombre de points d’interaction dans un
segment. Une deuxième voie à suivre serait de combiner le PSA et le
gamma-tracking étapes dans un problème de minimisation. On pourrait
même imaginez calculer les formes d’impulsions utilisées dans le
minimisation de cette façon permettant une modélisation correcte de la
extension et diffusion du nuage de porteurs de charge.

L’objectif 3 sera traité en recourant à la concaténation des données
expérimentales pour créer des événements de grande multiplicité
combinés avec geant4 simulations Monte Carlo + calculs de forme
d'impulsion. En assurant que nous pouvons reproduire la réponse
d’AGATA à l’aide de simulations, celles-ci sera un bon outil pour
déconvoluer les spectres expérimentaux.

L’étude de la possibilité de réaliser des <<boot strapping>> pour
extraire les bonnes estimations d'erreur du PSA a été effectué. Les
résultats sont clairement en accord avec les estimations obtenues dans
les précédents investigation similaires mais il semble difficile de les utiliser
pour un estimation d'erreur événement par événement. À
l'infrastructure IPHC pour effectuer numérisation des détecteurs AGATA
qui permettra d’enquêter sur la charge des effets de taille de nuage
ont été mis en place.

Au cours du projet OASIS, il a été déterminé que les caractéristiques
clés qui manque pour améliorer la suivi de trajectoires de rayons
gamma est une estimation d'erreur pour la position issue de l'analyse
de forme d'impulsion. C'est là que le Le projet OASIS a démarré et
c’est également là que d’autres efforts seront mit. Cela se fera
principalement à l'aide de calculs de forme d'impulsion où différentes
entrées dans les calculs seront modifiées avant l'application de la
analyse de forme d'impulsion de l'AGATA. Ces calculs devraient
également être combinées avec des données prises à Strasbourg en
utilisant leur table de balayage.

Pour l’aspect «exploitation« d’AGATA, les travaux se concentrent
désormais sur extraire correctement les distributions angulaires et
les corrélations en utilisant les données des expériences en faisceau
où il est possible de calculer la distributions angulaires attendues.

Les résultats du travail des deux post-doctorants, Sylvain Leblond et
Marco Siciliano ont été présentés par eux lors d'ateliers
internationaux AGATA week et AGATA-Gretina Workshop.

Le projet OASIS vise à optimiser la production scientifique du
spectromètre Advanced Gamma Tracking Array (AGATA). Actuellement
installé à GANIL à Caen, France, AGATA a passé la Phase de
démonstration de sa première implémentation (15 Détecteurs de
germanium) et comporte maintenant 32 détecteurs avec une
infrastructure capable d’accommoder 45 détecteurs couvrant un angle
solide d’1 pi.

AGATA est un spectromètre conçu pour dépasser la limitation inhérente
de la géneration précédente de spectromètres basés sur des détecteurs
HPGe à suppression Compton. En remplaçant les boucliers anti-Compton
par des détecteurs HPGe, un gain en couverture angulaire et donc en
efficacité peut être obtenu. Cependant, pour que cette approche
produise des spectres de rayons gamma de haute qualité, une technique
de suppression Compton alternative doit être développée. C’est ce
qu’on appelle le tracking gamma. L’énergie et les positions des
différents points d’interaction des rayons gamma sont déterminées
grâce à l’utilisation de détecteurs HPGe hautement segmentés combinés
à une électronique digitale et à l’analyse de formes d’impulsion. Ces
points d’interaction sont alors testés pour l'hypothèse qu’ils
appartiennent à un rayon gamma pleinement absorbé. Pour que le
tracking gamma puisse fonctionner, les points d’interaction doivent
être localisés avec une précision de 5 mm. Une importante
augmentation de la performance provient de la grande granularité
angulaire effective d’AGATA donnée par la connaissance des positions
des intéractions. Ceci se traduit par une très bonne correction
Doppler, ce qui est important pour la recherche expérimentale moderne
en structure nucléaire. Du fait de ces très bonnes performances,
AGATA est considéré come un détecteur important pour les installations
de recherche en structure nucléaire présentes et à venir en Europe,
telles que FAIR, HIE-ISOLDE, SPES et SPIRAL2.

Depuis le lancement de la première campagne de physique, AGATA s’est
avéré un succès technique à bien d’égards, notamment dans les
situation expérimentales ou la sensitivité est dominée par
l’élargissement Doppler des pics gamma, dans les situations à hauts
taux de comptage ou lorsqu’il est bénéfique d’avoir un spectromètre de
photons compact.

Au cours du travail d’analyse des données, la collaboration AGATA
s’est néanmoins rendu compte que les performances d’AGATA en termes de
suppression Compton ne correspondent pas à ce pouvaient laisser
présager les simulations. L’avis de la communauté de tracking gamma
est que cela est lié à des problèmes d’analyse de formes
d’impulsion. Bien que la résolution en position obtenue est
dans les limites requises, plusieurs indications pointent du doigt le
fait que l’analyse des formes d’impulsion ne fonctionne pas aussi bien
qu’elle devrait. Le projet OASIS vise à investiguer en détail les raisons
à cela via des simulations par ordinateur afin de tenter de reproduire
et de comprendre les déficiences observées dans les données
expérimentales. Le projet OASIS s’attachera en particulier à
determiner de manière correcte le nombre d’interactions générées par
un rayon gamma dans AGATA. Plusieurs pistes originales seront
investiguées.

Enfin, de nombreux aspects liées à l’analyse spectroscopiques des
données d’AGATA doivent être revus. Ceci provient essentiellement du
fait qu’il y a plus d’information détaillée à regarder, ce qui offre
de nouvelles possibilités. Ce qui n’était auparavant que des
procédures simples d’étalonnage avec des données en source, comme par
exemple pour déterminer l’efficacité, revêt désormais des dépendances
complexes en fonction des situations expérimentales et des choix
algorithmiques. D’autres méthodes, comme la détermination des
correlations et distributions angulaires, ont également besoin d’être
développées specifiquement dans le cadre du tracking gamma. Une partie
d’OASIS sera dédié à ce travail, en s’assurant que la communauté de
tracking gamma a testé et quantifié toutes les procédures.

Coordinateur du projet

Monsieur Joa Ljungvall (Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPHC Institut pluridisciplinaire Hubert Curien
GANIL Grand accélérateur national d'ions lourds
IRFU Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers
CSNSM Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière

Aide de l'ANR 386 437 euros
Début et durée du projet scientifique : juin 2018 - 36 Mois

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