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ALICE

A Large ion collider experiment

 

Conception, construction et test de chambres à fils équipées d’un grand nombre de voies d’électronique

Le bras Dimuon de l’expérience ALICE

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ALICE (A Large Ion Collider Experiment) sera le seul détecteur entièrement dédié à l’étude des collisions noyaux - noyaux au LHC (CERN). Le but ultime est d’explorer les propriétés d’interaction forte de la matière aux densités d’énergie extrême où la présence de Plasma de Quark Gluon est attendue.

Parmi les sondes les plus prometteuses de ce plasma, l’étude des dimuons par le détecteur ALICE va permettre la reconstruction des différents états des quarks. Les mesures de dimuons se feront grâce à un spectromètre constitué de deux absorbeurs, l’un frontal et l’autre à petit angle, d’un grand aimant dipolaire, de dix chambres de trajectographie à haute granularité, d’un filtre à muons et d’un système de déclenchement.

 
Les chambres de Trajectographie
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Le groupe R&D Détecteurs est en charge de l’étude, de l’assemblage et des tests de la première station des chambres de trajectographie du bras Dimuon. Cette station est constituée de 8 quadrants de chambres à fils dont les cathodes sont segmentées en éléments appelés "pads". La résolution des chambres en XY est donnée par la position des pads, eux-mêmes reliés à 230 000 voies d’électronique pour l’ensemble de la station. L’intégration directement sur les chambres d’un nombre de voies électroniques aussi important en respectant une faible longueur de radiation sont les défis majeurs pour ce détecteur.
 
Conception mécanique
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Chaque quadrant est construit en utilisant une technique de "sandwich composite". Les principaux matériaux utilisés sont les résines époxy chargées avec des fibres de verre (FR4) et la mousse Rohacell. Chaque plan de cathode est constitué de plans de circuits imprimés collés sur une plaque de Rohacell usinée pour avoir une excellente raideur et une faible longueur de radiation.

Le plan d’anode (haute tension) est constitué de fils de tungstène dorés de 20 μm de diamètre (pas 2,1 mm) et positionné entre les 2 plans de cathode à une égale distance de 2,1 mm. Après assemblage, la planéité de chaque plan de cathode est inférieure à 100 μm. La tension mécanique des fils est mesurée et la valeur typique est de 56 g ±10 %.

 
Connexion à l’électronique frontale
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La connexion entre les pads du plan de cathode et l’électronique frontale est faite par 225 nappes en kapton. Chaque nappe (64 connexions et 2 fils de masse) est soudée d’un côté sur le plan de cathode et de l’autre à un connecteur 70 points branché à l’électronique frontale.

Les connexions électriques sont testées avec un outillage spécifique (étudié et construit par le groupe R&D Détecteurs). On vérifie de cette manière la continuité électrique de chaque ligne ainsi que les courts-circuits possibles entre les lignes et la masse.

 
Tests après construction
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Après l’assemblage, les premiers tests de la chambre concernent les fuites de gaz, la tenue en haute tension et le courant d’obscurité. Puis, la chambre est remplie avec le mélange de gaz standard (Ar/CO2, 80 %-20 % en volume) et auscultée avec une source scellée (241Am) de façon à obtenir les variations relatives de gain pour 100 points situés sur la surface active du détecteur.
 
Fabrication des quadrants

Le premier quadrant de la station 1 du bras dimuon d’ALICE a été construite et testée en décembre 2003. La fuite de gaz est inférieure à 10 ml/heure. La tension de fonctionnement peut atteindre 1850 Volts et le courant d’obscurité est inférieur à 10 nA dans les conditions normales de fonctionnement. La variation de gain a été mesurée sur les fils et n’excède pas 13 % sur l’ensemble du quadrant.

En 2004 et 2005, 8 autres quadrants ont été fabriqués en suivant exactement les mêmes procédures pour la construction, les contrôles et les tests.

 
Installation des supports
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Le groupe a également en charge l’intégration des stations 1 et 2 dans le support de "l’absorbeur" frontal du bras Dimuon. Pour cela, il a fallu étudier les supports des quadrants, leur système de refroidissement ainsi que tous les éléments indispensables au fonctionnement des chambres à fils : arrivée des tuyaux de gaz et des câbles haute et basse tension. Il a été procédé à un montage à blanc à Orsay au printemps 2006 avant l’installation définitive au CERN à partir de septembre 2006.
 
Installation des quadrants
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Suite au montage des supports et des systèmes de refroidissement, les 8 quadrants après tests en surface, ont été descendus dans le puits et amenés un à un dans le FASS pour assemblage final.
 

Contact  : B. Génolini

 

Publications et rapports :

 

Liens :

 



 

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