Le détecteur de rayonnement cosmique CosmoDCL

Le détecteur CosmoDCL, dont la vue d'ensemble est donnée sur la figure précédente, fonctionne en détectant la lumière qu'émet, par scintillation, un matériau traversé par une particule rapide électriquement chargée. Les molécules de ce matériau, appelé scintillateur, (a) sur la figure précédent, sont excitées par interaction électromagnétique, au passage des muons, électrons et positrons issus des gerbes cosmiques, ou des particules provenant de la radioactivité naturelle (β- essentiellement). La désexcitation par fluorescence dans le domaine visible des molécules du scintillateur produit alors des photons, qu'un photomultiplicateur (PM) transforme en impulsions électriques (b). Les PM sont polarisés par une haute tension (1000 V) issue d'un convertisseur (c) dont l'entrée est reliée à une alimentation universelle régulée 6V (d).

La profondeur de pénétration des électrons issus de la radioactivité naturelle dans la matière solide est inférieure au millimètre, tandis que les muons, beaucoup plus énergétiques, peuvent traverser plusieurs mètres. Une détection en coïncidence, c'est-à-dire simultanée, par deux blocs (e) de détection successifs A et B, suffit à dissocier les muons des électrons~; ces derniers, absorbés par le bloc A, ne donnent aucun signal au niveau du bloc B. Les muons, en revanche, traversent les deux blocs :

Le petit décalage temporel τ_d entre les instants de passage dans deux détecteurs séparés de d = 30 cm par exemple, peut être négligé. En effet, les muons étant ultra relativistes, donc ayant une vitesse très proche de celle de la lumière, ce décalage vaut~:

τ_d = $\frac{d}{c}$≈$\frac{\mathrm{0,3}}{3\times {10}^8}$≈1 ns

Comme la détection se fait à des intervalles réguliers T_d = 150 ns environ, le décalage demeure faible (τ_d≪T_d) et n'occasionne qu'une perte dans la détection de 1/150 ≈ 0,7 % de muons.

Un boîtier électronique de détection (f) à seuil réglable se compose :

• d'un discriminateur qui met en forme les signaux délivrés par les PM et permet les opérations logiques de combinaison, la plus importante étant un ET logique pour assurer la détection en coïncidence,
• de l'interface NI-USB6008 de la société National Instrument.

Ces deux éléments communiquent ainsi :

• Le discriminateur reçoir les tensions de réglage des seuils de détection et les informations binaires de configuration des combinaisons logiques des voies
• L'interface NI-USB6008 reçoit les mesures précises des tensions de seuil et les impulsions qu'elle comptabilise à l'aide d'un compteur interne.

Le logiciel de pilotage (g) lit à intervalles de temps réguliers la valeur du compteur. La source de tension d'alimentation du discriminateur est fournie par l'interface NI-USB6008.