ALICE EMCAL - Banc Cosmique


Durant le second semestre 2008, le SDI a pris en charge la conception et la construction du banc de calibration des supermodules du calorimètre électromagnétique d'ALICE. Ce banc de calibration est composé de 16 scintillateurs de grande dimension (1.5 m), disposés dessus et dessous le détecteur, permettant ainsi de signaler et de localiser le passage de muons cosmique à travers le détecteur.

 

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Au total, 14 supermodules ont été calibrés au sein du hall ARIANE au LPSC à l'aide de cet appareillage avec une dispersion de l’ordre de 2 à 3%, nettement inférieure à celle spécifiée dans le cahier des charges initial.

 Contact : Muraz Jean-François

 


 

AUGER Projet site NORD

Pour le projet du site nord de l’observatoire Pierre Auger (Colorado, USA), le SDI à étudié un nouveau dispositif de photo-détection pour les cuves.

En effet, les détecteurs de surface d’Auger doivent être amenés à fonctionner en continu. Les cuves étant disposées en plein air, les photomultiplicateurs (PM) et l’électronique associée sont donc soumis à d’importantes variations climatiques, (0 à 50° C, humidité).
En plus d’une isolation renforcée, il a été préconisé d’utiliser une enceinte étanche qui contiendrait la base du PM et l’électronique associée.

Ceci permettrait à l’ensemble de se présenter sous la forme d’un module senseur compact facilitant les travaux de réparation et de contrôle.

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Deux systèmes sont étudiés, basés sur un corps conique en plastique moulé de forme proche de celle utilisée actuellement sur le site Sud pour isoler le PM de la lumière. Le premier comporte une fenêtre d’entrée en plexiglas épousant la surface de la photocathode.

Le deuxième laisse libre cette surface, mais comporte un double joint torique au niveau du col du PM. Dans les deux solutions proposées, les systèmes sont fermés d’un fond métallique sur lequel sera fixée l’électronique.

 


 

AMS

L’objectif a été d’intégrer les 700 photomultiplicateurs (PM) que représente l’ensemble de détection de la matrice du détecteur Cerenkof (Rich) d’AMS. Une collaboration entre le service électronique et le SDI a permis de mener à bien cette activité longue est complexe, qui a nécessité l’établissement d’une procédure qui peut être résumée de la façon suivante :

  • Appareillage de l’ensemble des PMs avec leur électronique puis tri par gain.
  • Collage d’une gomme optique sur la fenêtre du PM (produit utilisé : gel Dow Corning 93-500, « potting »). Le dosage précis de la quantité de potting est effectué par une machine de dépose.
  • Etuvage pendant 12 heures à 40°C
  • Intégration de l’ensemble PM+gomme dans une coque plastique servant de support mécanique et de moule pour le potting. Pour éviter les fuites de potting lors de l’opération suivante, un cordon de gel Dow Corning est appliqué entre la gomme optique et le fond de la coque, (polymérisation 8 heures).
  • Dosage précis du potting à 10%, puis un dégazage long et minutieux du mélange est obtenu pour l’évacuation complète de l’air emprisonné dans le mélange.
  • Le mélange est mis en seringue et injecté dans l’espace libre entre coque et PM, par un orifice prévu à cet effet. Environ 7 grammes de mélange sont utilisés par PM.
  • Polymérisation 12 heures à température ambiante termine l’opération.

Le rôle de l’opération de Potting est le maintien mécanique du PM dans sa coque et l’isolement de l’électronique des amorçages de la haute tension. Viens ensuite l’opération de Cotting, destiné à protéger et à isolée toute la partie visible de l’électronique, (connecteur flex, asic, etc.….).Le produit utilisé et le Nusil CV 1152 de Silicone Technology, appliqué au pinceau et qui nécessite 12 heures de polymérisation.

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Les PM ainsi préparés ont été expédiés au CIEMAT à Madrid courant 2005.

L’équipe s’est alors rendue sur place pour l’opération de collage des guides de lumières sur la gomme optique de chaque PM. Les guide ont d’abord été triés puis vérifiés à la binoculaire de façon à vérifier qu’ils ne présentent aucun défaut mécanique, rayure, pixel hors plan, opacité. Ensuite, les opérations suivantes sont effectuées :

  • Nettoyage  des guides.
  • Collage par dosage précis du Potting 93-500 sur chaque pixel, par machine de dépose.
  • Mise en place du guide et vérification optique de la bonne couverture du potting sur chaque pixel. Polymérisation 8 heures.
  • Mise en place du fil de nylon qui maintient le guide en pression sur le PM, mise sous tension du fil, collage sur la coque par colle cyanoacrylate.

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Montaje plano deteccion RICH 058

 


 

 

CREAM

 

Pour cette expérience, le service a participé à l’intégration des modules optiques du détecteur ainsi qu’aux activités de tests et vérifications de la matrice composée de 1600 photomultiplicateurs (PM).

Cette intégration a consisté au montage du plan focal qui est composé de 25 modules contenant chacun 4 sous-modules. Chaque sous-module est équipé de 16 photomultiplicateurs. Les PM ont été au préalable appairés en fonction de leurs dimensions et de leur gain et leur mise en place (appareillage) a été faite selon ces informations.

Un joint d’étanchéité entre le circuit imprimé et la base du PM a été mis en place, de façon à pouvoir effectuer un « potting », c’est-à-dire une isolation des électrodes du PM portées à la haute tension. Ceci permet de supprimer les claquages à basse pression dus au « minimum de Paschen » (plus la pression de l’air diminue et plus la décharge électrique survient à des tensions faibles.

La courbe de Paschen, qui représente la tension de claquage en fonction de la distance inter électrodes et de la pression, atteint une valeur minimale appelé le « minimum de Paschen »). Le « potting » a été effectué en injectant une résine de type Mapsil 213 B, 13 grammes de produit ont été utilisés par sous module et 18 minutes en moyenne sont nécessaires pour chaque injection, la polymérisation se faisant à température ambiante.

Une opération de « coating » a ensuite été effectuée pour les mêmes raisons que précédemment (Paschen). Celle-ci consiste à imprégner chaque sous-module, au niveau du circuit imprimé et sur chaque composant, avec une résine (Nusil CV1152), appliquée au pinceau, qui assure une protection de surface. Cette activité a nécessité la mise en étuve des sous-modules durant 6 heures à 40° C.

Enfin, une troisième opération a également été réalisée pour éviter les claquages. Celle-ci correspond à l’ajout d’une couche de micro ballons (micro billes de verre) mélangés à la résine (Mapsil 213 B), et appliquée à la seringue sur le verso du sous module. Des tests de chaque sous-module en haute tension et sous vide ont ensuite été menés pour vérifier qu’il n’y avait pas de claquages au passage du « minimum de Paschen ».

L’intégration se poursuit ensuite par le montage des sous-modules sur la grille support, la vérification du plan focal, le serrage mécanique et la mise en place de fibres optiques de test. Le montage des cartes électroniques d’acquisition « front-end » s’effectue ensuite avec la mise en place des ponts thermiques sur la grille support pour évacuer la chaleur via les colonnettes de montage des modules.

 

 

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Pour finir, après avoir équipé le plan focal de sondes de température, des circuits de connexion de type « Flex » et des alimentations, le plan de tuiles d’aérogel est installé. Il est constitué de deux feuilles de Mylar tendues et collées sur un cadre aluminium renfermant les tuiles d’aérogel. Deux protections mécaniques de type nid d’abeille sont ensuite installées au recto et au verso du dispositif.
Toutes ces opérations ont nécessité pas loin de 12 mois de travail, de janvier 2006 à janvier 2007.

 


 

ECRINS

Dans le cadre de l’activité pédagogique vers les lycées (ECRINS), le SDI a développé deux ensembles compacts de détection de rayons cosmiques baptisés « Mini ECRINS ». Ces systèmes sont constitués chacun de deux scintillateurs plastiques, associés à deux photomultiplicateurs alimentés par un dispositif sur batteries. L’acquisition des signaux est assurée par un mini oscilloscope USB (PicoScope®) piloté par un programme LabVIEW© dédié. Si on utilise un ordinateur portable, ces ensembles deviennent complètement autonomes et transportables dans une valise appropriée.
Ces dispositifs sont des réalisations du SDI, non seulement de par leur conception et leur fabrication, mais aussi de par leur utilisation dans le cadre d’activités pédagogiques en 2007 comme l’exposition sur la physique au lycée St Ambroise à Chambéry et la participation aux Olympiades de la Physique 2007 avec le lycée Pierre et Marie Curie de Grenoble.

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nDVCS

Démarré début 2003, notre participation à l'expérience n-DVCS, (Deeply Virtual Compton Scattering on the neutron) dans le hall A du Jefferson Laboratory (JLab, Virginie, USA) a consisté en la conception et la réalisation du détecteur d’étiquetage des particules chargées (Tagger). Le Tagger est composé de 2 couches superposées de scintillateurs plastiques (57 éléments de 11 formes différentes), formant les trois quarts d’un cercle et épousant la forme sphérique de la chambre à réaction de l’expérience DVCS.
L’objectif principal demandé était d’obtenir une très bonne uniformité de la réponse du scintillateur suivant la zone du scintillateur traversée. Pour y parvenir, nous avons mené à bien la phase R&D, réalisé plusieurs prototypes permettant de déterminer et d'optimiser la forme des scintillateurs, la géométrie des guides de lumière ainsi que le type de photomultiplicateurs (PM). Ces études ont permis de sélectionner le scintillateur EJ 200 (ELJEN) de 2 cm d’épaisseur dont les faces usinées sont brutes de sciage diamanté. Chaque scintillateur est associé à un guide de lumière en PMMA collé avec de la colle UV DYMAX 3-20262-T. Les lattes ainsi constituées sont enveloppées dans du papier Aluminium de 30 µm d’épaisseur puis dans une feuille de TEDLAR® noire et totalement opaque. Les photomultiplicateurs sont des Hamamatsu R7877 à 8 étages d’amplification choisis en raison du faible encombrement et de conditions expérimentales difficiles : en vue directe de la cible, à une distance de 1 m dans un environnement électromagnétique. L’interface entre le PM et le guide est constituée de gel optique  BICRON BC630.

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L’année 2004 aura été une année phare pour l’expérience avec la fabrication, l’assemblage et le montage sur site de l’expérience. Le montage au sein même du LPSC a démarré début 2004 pour se terminer en juin 2004. Le montage à JLab s’est déroulé du 28 juin au 8 juillet 2004.
Nous avons pris en charge :

  • La réception des 57 scintillateurs et guides (contrôle dimensionnels, états de surfaces …) ;
  • Le collage des guides sur les scintillateurs (demandant la réalisation d’un outillage spécifique).
  • L’habillage de chacune des lattes ;
  • Le test de la réponse de chacune de 11 types de lattes + PM + électronique sur un banc cosmique.
  • Le montage des 2 couches de scintillateurs dans la structure mécanique réalisée au laboratoire par le SERM.
  • L’intégration et le câblage des PMs et de l’électronique.
  • L’expédition aux USA du détecteur entièrement monté (sauf PM et électronique).
  • Enfin, nous avons réalisé le montage et l’intégration du Tagger sur le site de JLab fin juin 2004.

Les prises de données se sont déroulées durant tout l’automne 2004.

Ce document retrace, en image, les différentes étapes effectuées pour la réalisation du détecteur d'étiquetage.

Contact : Muraz Jean-François

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PEPPo

Le dispositif expérimental PEPPo constitue une nouvelle ligne de faisceau localisée à l’injecteur du Jefferson Laboratory (JLab, Virginie, USA).

Un premier segment permet de contrôler et caractériser le faisceau arrivant sur la cible où sont produits les positrons. Il est suivi d’un ensemble magnétique permettant de collecter les positrons et de sélectionner leur énergie. Un troisième segment permet de contrôler et caractériser le faisceau secondaire de positrons qui est alors focalisé sur un polarimètre à transmission Compton.

Ce détecteur comporte une première cible de tungstène dans laquelle les positrons sont convertis en photons polarisés ; la mesure de l’absorption de ces photons dans une cible polarisée de 7,5 cm de fer en fonction de l’orientation de la polarisation initiale des positrons (soit le faisceau primaire d’électrons) ou de la polarisation de la cible permet de déterminer la polarisation des positrons.

Les photons transmis sont mesurés dans un calorimètre électromagnétique constitué de 9 cristaux d’Iodure de Césium dopés au Thallium et lus par des photomultiplicateurs de type R6236-01 (Hamamatsu).
Le polarimètre à transmission de PEPPo est issu du polarimètre de l’expérience E166 du SLAC qui a opéré dans la même gamme d’énergie. Le SDI a pris en charge l’ensemble des modifications nécessaires pour adapter le polarimètre aux besoins spécifiques de l’expérience PEPPo. Cet instrument comporte un calorimètre électromagnétique, un aimant d’analyse ainsi qu’un blindage de plomb conséquent (~3 t) entourant le calorimètre. Ces 3 éléments sont placés sur une table dont le plateau supérieur mobile permet d’ajuster précisément la position.

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Le polarimètre a entièrement été conçu, réalisé puis installé sur la ligne de faisceau de JLab par les équipes techniques du LPSC. Le service Détecteurs et Instrumentation a assuré la coordination technique du projet, la conception du polarimètre, la réalisation d’un trigger cosmique, la conception et la réalisation d’un système LED d’étalonnage, la mise en place et la participation aux tests du calorimètre, la gestion et le suivi de l’expédition de l’ensemble du polarimètre et son montage à JLab.

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Ce document retrace, en image, les différentes étapes effectuées pour la réalisation du Polarimètre.

 Contact : Muraz Jean-François


 

SuperB - FTOF

Logo-SuperB   FTOF

 

  • R&D sur la fourniture de Quartz ultras purs.
  • R&D lecture de la lumière Cherenkov à l'aide de SiPM

Quartz en cosmique    Test Quartz

Contact : Muraz Jean-François