Instrument
Instrument EUSO Ballon en configuration du premier vol
Caractéristiques générales et fonctions
Le sous-système optique comprends le banc optique qui focalise les rayons de lumière parallèle sur la surface focale finement pixellisée, surface consistant en une matrice de MAPMTs (Multi-Anode Photomultipliers : MAPMTs) sensible à la lumière UV dans la gamme de 290-430 nm avec une très bonne efficacité de détection de photons. La surface focale (Focal Surface : FS) est complétée par une électronique complexe qui permet des mesures rapide de l'ordre de la microseconde, incluant une protection contre les flux intenses de lumière des photo-détecteurs par interrupteurs rapide, à déclenchement automatique, filtrant les événements et enregistrant les événements. L'électronique enregistre, pour chaque événement déclenché, une séquence de 128 images consécutives avec une résolution temporelle d'une GTU (Gate Time Unit : GTU) égale à 2,5 ms.
Lentilles de Fresnel du banc optique
LE PDM (Photo-Detector Module : Module Photo-Détecteur)
Le PDM (Photo-Detector Module) : les 36 tubes photomultiplicateurs multi-anodes (Multi-Anode Photomultiplier Tubes : MAPMTs) sont recouverts de filtres UV ; quatre MAPMTs forment une cellule élémentaire (Elementary Cell : EC). Le PDM comprends 9 ECs, 6 cartes EC et une carte PDM.
La lumière UV collectée par le télescope est focalisée sur le PDM qui est composé de 36 tubes photomultiplicateurs multi-anodes (MAPMT : Multi-Anode Photomultiplier Tubes) associé à l'électronique d'entrée, à l'alimentation haute tension et au déclencheur. Les caractéristiques clés cde cette caméra UV sont sa résolution spatiale de quelques mm, sa résolution temporelle de quelques ns, une efficacité quantitative allant jusqu'à 30% ce qui rend possible la détection de photons individuels, ainsi que large gamme de dynamique de plus de 6 ordres de magnitudes. Étant donné que le plan focal de JEM-EUSO consistera en 140 PDMs agglomérés, le PDM d'EUSO Ballon a une conception modulaire et est accolable par ses 4 côtés, c'est-à-dire que sa matrice compacte de 66 MAPMT couvre une surface de 16,7 x 16, 7 cm2 et est entièrement contenu dans un volume de 17 x 1720 cm3 incluant son support mécanique et son électronique d'entrée. Les MAPMTs (Hamamatsu R11265-103-M64) sont composés de 8 x 8 pixels de 2,9 x 2,9 mm2 chaque et une empreinte globale de 26,2 x 26,2 mm2. Un filtre UV coloré est soudé à la fenêtre du MAPMT avec une colle optique. Le filtre (SCHOTT BG3 avec un revêtement antireflet) transmet la lumière UV dans la bande de 290 à 430 nm. A l'arrière de la matrice MAPMT, 6 cartes EC-ASIC font la lecture continue analogique, détectant les photons individuels dans chaque canal de manière à les compter par unité de temps appelée GTU (Gate Time Unit, 1 GTU = 2,5 ms), réalisant la conversions de l'analogique vers le numérique.
Le système d'alimentation haute tension (High-Voltage Power Supply : HVPS) consiste en en un générateur Cockroft-Walton (CW) miniaturisé, un système d'interrupteur pour réduite la tension de la photocathode pour diminuer le gain des MAPMT, ainsi que le système de logique pour gérer les interfaces avec les autres éléments de la chaîne électronique.
Derrière les cartes EC-ASIC, la carte du PDM s'occupe des interfaces entre les diverses carte dans le PDM et le système de traitement de données (6 EC-ASICs, HVPS dans le PDM; le HK et le CCB du système de traitement de données (DP)). Son noyau est un FPGA industriel Virtex6 XC6VLX240T. En plus de la gestion de la configuration, la carte du PDM règle le flot de données des 36 ASICs par l'intermédiaire des 6 cartes EC-ASIC. Le FPGA doit absorber un volume de données de 1 Go par seconde venant des Unités EC, transmettant une partie des données à la CCB (Central Cluster Board : carte centrale groupée) du DP. Les différents paramètres des performances du PDM sont traités en détail par un certain nombre d'article : mesure du taux de comptage des photoélectrons ; performance en sensibilité et détection ; étalonnage absolu.
