Diapositive 1

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UN DÉTECTEUR DE RAYONNEMENT COSMIQUE

• SOMMAIRE
• ORIGINE, MOTIVATIONS ET OBJECTIFS DU PROJET
• CAHIER DES CHARGES

• PHYSIQUE DU RAYONNEMENT COSMIQUE CHARGÉ

• CONCEPT ET DESSIN DU DETECTEUR
• LE MODULE ÉLÉMENTAIRE DE DÉTECTION
• LE SYSTÈME DE VISUALISATION
• LA MÉCANIQUE DU DÉTECTEUR

• PROTOTYPE / DÉTECTEUR COMPLET

• CE QUE L ON PEUT EN FAIRE

• ÉQUIPE DU PROJET

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ORIGINE, MOTIVATIONS ET OBJECTIFS DU PROJET

• COLLABORATION ENTRE LE LYCÉE PAUL CONSTANS DE
  MONTLUCON ET LE LABORATOIRE DE PHYSIQUE
  CORPUSCULAIRE DE CLERMONT (UNIVERSITÉ BLAISE
  PASCAL IN2P3/CNRS).

• DIALOGUE ORIGINAL ENTRE LES ENSEIGNEMENTS DU
  SECONDAIRE ET DU SUPÉRIEUR CEST UN BON MOYEN
  DAMENER LA CULTURE DE LA RECHERCHE DANS LES
  LYCÉES.

• CE SERA UN BEL OBJET !! (notre leitmotiv à
  tous, fil conducteur de tout le projet. Cet
  axiome nous a conduit à la réalisation finale.)

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ORIGINE, MOTIVATIONS ET OBJECTIFS DU PROJET

• LE RAYONNEMENT COSMIQUE EST UN EXCELLENT
  LABORATOIRE POUR L ÉTUDE ET LA DÉCOUVERTE DE LA
  RELATIVITÉ RESTREINTE DONT ON CÉLÈBRE LE
  CENTENAIRE DE L ÉTABLISSEMENT.

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ORIGINE, MOTIVATIONS ET OBJECTIFS DU PROJET

• QUOI DE MIEUX POUR SAPPROPRIER CES IDÉES QUE
  D IMPLIQUER DES ÉLÈVES ET DES ÉTUDIANTS DANS LA
  CONCEPTION ET LA RÉALISATION DUN DÉTECTEUR DE
  PARTICULES.

• LA VOCATION DE CE DÉTECTEUR EST DÊTRE EXPOSÉ
  DANS LA REGION DE FACON PERMANENTE.

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ORIGINE, MOTIVATIONS ET OBJECTIFS DU
PROJET CAHIER DES CHARGES

• NOUS VOULONS UN DÉTECTEUR DE GRANDE TAILLE
• SUFFISAMMENT SIMPLE POUR QUE SON ÉTUDE PUISSE
  SINSCRIRE DANS LES PROGRAMMES PÉDAGOGIQUES DES
  LYCÉES.
• SUSCEPTIBLE DÊTRE EXPOSÉ OU DACCOMPAGNER UNE
  EXPOSITION, RÉPONDANT AUX EXIGENCES DE SÉCURITÉ
  DES LIEUX PUBLICS.
• OPÉRATIONNEL POUR   FÊTE DE LA SCIENCE 
  (OCTOBRE 2005)

• CADRE DE TRAVAIL DES LYCÉENS
• CLASSES HORS EXAMEN (1ère année de BAC et de
  BTS)
• CRÉATION DUN ATELIER DE CULTURE SCIENTIFIQUE ET
  TECHNIQUE POUR LES TRAVAUX HORS CADRE SCOLAIRE

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PHYSIQUE DU RAYONNEMENT COSMIQUE CHARGÉ
Une ou 2 fois par siècle, une étoile de notre
galaxie se désintègre en une supernova. Lors de
ces explosions titanesques, des éléments lourds
(Carbone, Fer) quittent le cur des étoiles où
ils ont été forgés pour devenir la poussière
détoile indispensable à la vie et à lindustrie.
Ces noyaux (en majorité celui de lhydrogène, le
proton) sont expulsés à des vitesses proches de
celle de la lumière dans lespace intersidéral
Des rayons cosmiques sont nés
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PHYSIQUE DU RAYONNEMENT COSMIQUE CHARGÉ
Chaque rayon cosmique dérive ensuite dans les
champs magnétiques aléatoires qui baignent notre
galaxie. Il parcourt une distance supérieure à
plusieurs dizaines de tours, oubliant ainsi ses
lieu et date de naissance. En comparant les
abondances relatives de certains isotopes, on
arrive à évaluer un âge moyen de plusieurs
centaines de millions dannées.
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PHYSIQUE DU RAYONNEMENT COSMIQUE CHARGÉ
Lorsquil sapproche de la terre, un proton
cosmique entre en collision avec les noyaux
atomique présents dans la haute atmosphère, et
produit une gerbe de particules similaire à
celles qui seront étudiées au LHC (Large Hadron
Collider), grand collisionneur de protons de 27
kilomètres de circonférence, le prochain
accélérateur du CERN (Laboratoire européen pour
la physique des particules)
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PHYSIQUE DU RAYONNEMENT COSMIQUE CHARGÉ

• Dans cette cascade de particules, on trouve
  (principalement)
• des hadrons (pions, protons et neutrons) que
  linteraction forte empêchent de traverser
  latmosphère,
• des photons, cest-à-dire de la lumière de très
  haute énergie, qui dissipe son énergie en
  cascades électromagnétiques.
• des neutrinos dont linteraction est si faible
  que la plupart traversent la terre et nécessitent
  des détecteurs de plusieurs tonnes (prix Nobel
  2002)
• des muons et des antimuons qui traversent
  facilement atmosphère, toits et planchers, et
  néanmoins déposent une énergie détectable dans le
   COSMODETECTEUR .

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CONCEPT ET DESSIN DU DETECTEUR RÉPARTITION DES
TÂCHES
Lycée cadre scolaire
Les différentes flèches indiquent des
interactions et échanges permanents
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CONCEPT ET DESSIN DU DETECTEUR
LE MODULE ELEMENTAIRE DE DETECTION
Vue photomultiplicateur
Montage de test  détection 
Scintillateur et son guide de lumière
MESURE DE LA MULTIPLICITE (Distance entre les
lattes 56 cm) 5,7 part / s
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CONCEPT ET DESSIN DU DETECTEUR
LE PRINCIPE DAFFICHAGE DE LA TRAJECTOIRE
En sortie des photomultiplicateurs,
lélectronique de mise en forme nous donne un
niveau de tension correspondant à une abscisse X1
pour la latte supérieure et X2 pour la latte
inférieure.
Une carte micro-contrôleur et son programme nous
donnent alors chaque point de la trajectoire sur
30 colonnes et sur 24 lignes. Chaque DEL (ligne
par ligne) est alors commandée suivant le tableau
de points calculés.
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CONCEPT ET DESSIN DU DÉTECTEUR
LE CHÂSSIS ET LES PIÈCES MÉCANIQUES
La structure est en aluminium pour lesthétique
mais surtout pour le poids !
Certaines découpes ont été effectuées au laser
(partenariat bénévole dune entreprise locale).

• Lensemble pèse environ 120 kg pour des
  dimensions de lordre de
• 3 m de haut
• 1,70 m de large
• 0,22 m dépaisseur (sauf les pieds 1,25 m de
  long)

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CONCEPT ET DESSIN DU DÉTECTEUR
LE CHÂSSIS ET LES PIÈCES MÉCANIQUES
La structure est en aluminium pour lesthétique
mais surtout pour le poids !

• Lensemble pèse environ 120 kg pour des
  dimensions de lordre de
• 3 m de haut
• 1,70 m de large
• 0,22 m dépaisseur (sauf les pieds 1,25 m de
  long)

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CONCEPT ET DESSIN DU DÉTECTEUR
LE CHÂSSIS ET LES PIÈCES MÉCANIQUES
La structure est en aluminium pour lesthétique
mais surtout pour le poids ! La réalisation
finale donne un meilleur rendu que le plan !!

• Lensemble pèse environ 120 kg pour des
  dimensions de lordre de
• 3 m de haut
• 1,70 m de large
• 0,22 m dépaisseur (sauf les pieds 1,25 m de
  long)

photos
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PROTOTYPE / DÉTECTEUR COMPLET
LE PROTOTYPE EN FONCTIONNEMENT
Ce que lon nomme le prototype est un détecteur
complet et opérationnel qui restera au lycée pour
valoriser notre savoir faire technique et notre
attachement à lenseignement scientifique.
Il est prévu quil serve de support dans le cadre
dun thème pour les BTS Systèmes Électroniques
pour déventuelles améliorations (compteur, son,
). Nous souhaitons organiser une exposition
chaque rentrée
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PROTOTYPE / DÉTECTEUR COMPLET
LE DÉTECTEUR COMPLET (vue dartiste)
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PROTOTYPE / DÉTECTEUR COMPLET
LE DÉTECTEUR COMPLET (dimensions en mm)
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PROTOTYPE / DÉTECTEUR COMPLET
LE DÉTECTEUR COMPLET (la construction est en
cours, bien avancée.)
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CE QUE L ON PEUT EN FAIRE CE QUIL A DÉJÀ
PERMIS

• Le  COSMODÉTECTEUR  a permis
• Dinviter les enseignants chercheurs et les
  enseignants du secondaire à partager leurs
  compétences en vue dinitier à nos jeunes
  apprenants une large ouverture desprit et de
  formation.
• De donner à nos formations technologiques une
  dimension réelle de leur savoir faire.
• Dintéresser des jeunes en voie scientifique à
  la physique des particules.
• Dinduire des idées de collaboration identique
  sur dautres projets.

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CE QUE L ON PEUT EN FAIRE

• Le  COSMODÉTECTEUR  aura pour vocation
• De montrer à un large public que des particules
  extra-terrestres nous traversent régulièrement.
• Dintéresser un grand nombre à la physique des
  particules pour démystifier les sciences
   dures .
• De motiver dautres porteurs de projets
  identiques.
• Et peut-être de constituer la première brique
  dun réseau de détection régional.

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ÉQUIPE DU PROJET
Nos plus vifs remerciements à (par ordre
alphabétique) Aurélie Benti, élève en 1ère
S-SI  (voie Scientifique option Science de
lIngénieur) Mickaël Couturaud, étudiant en TS1
ROC  (BTS Réalisation dOuvrages
Chaudronnés) Michel Crouau, ITARF, ingénieur
recherche en électronique  Bertrand Duprat,
étudiant en TS1 ROC  Mickaël Gronier, étudiant
en TS1 ROC  Christophe Insa, ITA CNRS, ingénieur
recherche en mécanique  Daniel Lambert, ITA
CNRS, ingénieur recherche en électronique  Richar
d Langlois, étudiant en TS1 SE  (BTS Systèmes
Électroniques) Bernard Lépinard, enseignant
certifié Structures Métalliques  Kévin Maquaire,
élève en 1ère S-SI  Frédéric Metrat, élève en
1ère S-SI  Stéphane Monteil, maître de
conférences, physicien  Rémy Parefieu, étudiant
en TS1 ROC  Didier Piot, enseignant certifié
Génie Électronique  Frédéric Raynaud,
enseignant agrégé Physique Appliquée André
Ribier, étudiant en TS1 SE  Mickaël Rondreux,
étudiant en TS1 ROC  Philippe Rosnet, maître de
conférences, physicien.
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A DETECTOR FOR COSMIC RAYS

• OUTLINE
• BIRTH, MOTIVATIONS AND PURPOSES OF THE PROJECT
• THE PROTOTYPE / THE FINAL DETECTOR

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BIRTH, MOTIVATIONS AND PURPOSE OF THE PROJECT

• CLOSE COLLABORATION BETWEEN THE LYCÉE PAUL
  CONSTANS OF MONTLUCON AND A PARTICLE PHYSICS
  RESEARCH LABORATORY, THE LABORATOIRE DE PHYSIQUE
  CORPUSCULAIRE DE CLERMONT (UNIVERSITÉ BLAISE
  PASCAL IN2P3/CNRS).

• ORIGINAL INTERACTIONS BETWEEN A FIRST DEGREE
  TEACHING INSTITUTION AND UNIVERSITARY
  RESEARCHERS. PROMOTE AND TRANSFER THE CULTURE OF
  FUNDAMENTAL RESEARCH IN SCIENCE.

• THE MUON COSMIC RAYS IS AN EXCELLENT MEDIUM TO
  STUDY AND TEACH THE EINSTEINS SPECIAL
  RELATIVITY. WE ARE CELEBRATING THIS YEAR THE
  CENTENARY OF ITS DISCOVERY.

• STUDENTS WERE INVOLVED IN THE PROJECT EITHER
  THROUGH THE ACADEMIC TEACHING PROGRAMME OR WITHIN
  A DEDICATED WORKSHOP.

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PROTOTYPE / FULL DETECTOR
THE PROTOTYPE IN OPERATION
The prototype, which will belong to the Lycée, is
aimed at demonstrating the technical and
scientific expertises of the first degree
teaching institute. This is not the end of the
story. The prototype will furthermore be used in
other teaching modules, when improvements such as
electronics counting or sound displays fit the
academic programme. .
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PROTOTYPE / FULL DETECTOR
THE FULL DETECTOR CONSISTS IN THE ADDITION OF
THREE MODULES SUCH AS THE PROTOTYPE. ITS
CONSTRUCTION IS NOW WELL ADVANCED.