Contribution à l'étude de la réponse aux photons Cherenkov d'un tube photomultiplicateur de grand diamètre et de son utilisation à l'observatoire Pierre Auger

by Dong Pham Ngoc

Doctoral thesis in Physique. Astroparticules

Under the supervision of Tiina Suomijärvi and Pierre Darriulat.

defended on 2010

in Paris 11 and the jointly supervising institution l'Institut de physique de Hanoï , in a partnership with Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Alternative Title

Contribution to the study of the response to Cherenkov photons of a large diameter photomultiplier tube and of its use in the Pierre Auger Observatory

Abstract

The thesis contributes a better understanding of the surface detectors (SD) of the Pierre Auger Observatory (study of ultra high energy cosmic rays). It includes 1600 Cherenkov detectors, each equipped with three photomultiplier tubes (PMT). An extensive set of measurements (with or without geomagnetic field) gives evidence for the existence of a privileged incidence direction of the PMT photoelectrons on the dynode chain, implying a significant inhomogeneity of the response as a function of the photon impact on the photocathode. The analysis of the behaviour of a few hundred SD detectors installed early on site, allowing for following them over a long period, gives evidence for a few permil variations related to ageing, seasonal fluctuations, day/night differences, initial settling-down and other effects. The case of detectors in which a PM behaves differently from the other two gives evidence for oscillations caused by lightning and for signal tails asociated with parasite capacitors resulting from bad contacts.

keywords

• Rayonnement cosmique
• Photomultiplicateurs

Abstract

La thèse contribue à une meilleure compréhension des détecteurs de surface (SD) de l'Observatoire Pierre Auger (étude des rayons cosmiques d'énergie extrême). Il s'agit de 1600 détecteurs Cherenkov, chacun équipé de trois photomultiplicateurs (PM). Un ensemble de mesures (avec ou sans champ géomagnétique) a mis en évidence l'existence d'une direction privilégiée d'incidence des photoélectrons des PM sur la chaîne de dynodes, impliquant une inhomogénéité notable de la réponse en fonction de l'impact des photons sur la photocathode. Une analyse du fonctionnement de quelques centaines de détecteurs du SD installés tôt sur le site, ce qui permet de les suivre dans la durée, met en évidence des variations de quelques pour mille associées au vieillissement, fluctuations saisonnières, différences jour/nuit, période initiale de stabilisation et autres effets. Le cas de détecteurs où un PM se comporte de façon différente des deux autres met en évidence des oscillations induites par la foudre et des queues de signal dues à des capacités parasites résultant de mauvais contacts.