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Accueil du site > Activités scientifiques et techniques > Division Instrumentation et Informatique > R&D Détecteurs > Projets du service RDD > HADES

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HADES

Construction de chambres à fils de grande dimension

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L’expérience HADES
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Le détecteur HADES

Le spectromètre à large acceptance de di-électrons (HADES pour High Acceptance Di Electron Spectrometer ) est un système de détection utilisé pour la spectroscopie des paires de leptons qui est installé au laboratoire de GSI (Darmstadt, Allemagne). Le programme de physique inclue les études sur l’émission de paires électron-positron dans les collisions d’ions lourds relativistes, sur la production de di-leptons dans les réactions élémentaires, et des expériences concernant la structure hadronique.

Le spectromètre fonctionne grâce à plusieurs instruments :
- un aimant supraconducteur à champ toroïdal.
- un trigger composé de deux détecteurs, un pré-shower à granulosité pour les angles avants et 2 murs de scintillateurs (TOF and TOFINO) ;
- un compteur d’identification de traces à effet Cherenkov (RICH) ;
- quatre stations de chambres à dérives à fils (MDC) pour la trajectographie des particules (2 avant l’aimant et 2 après).

Le système de trajectorgraphie de HADES :
des chambres de dérive à fils (Multiwire Drift Chambers - MDC)
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Une chambre MDC4

Le service R&D Détecteurs de l’IPN d’Orsay avait en charge l’étude et la fabrication de 4 des 6 chambres à fils de la 4ème station (MDC4). Cette station est la plus grande des 4 et chaque secteur couvrent une surface de 3.5 m2. La conception a été faite en CAO sous Euclid et les éléments de la structure ont été fabriqués en sous-traitance extérieure.

Conception et assemblage des chambres à fils MDC4
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Assemblage à Orsay

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Test optiques

Une chambre est composée de 6 plans d’anodes et de 7 plans de cathodes. Les plans d’anodes sont composés de fils de tungstène doré rhénié de 30 µm de diamètre utilisés pour la lecture du signal, séparés par des fils d’aluminium doré de 100 µm de diamètre (fils de champ). La taille des cellules de dérive est de 7 mm. Les plans de cathodes sont composés de fils d’aluminium doré de 100 µm de diamètre au pas de 4 mm.

La haute tension de -2400 V est appliquée sur les fils de cathode et de champ tandis que les fils d’anode sont à 0 V pour la lecture du signal.

Deux fenêtres mylar referment la chambre qui est remplie d’un mélange gazeux d’hélium isobutane. Les fils sont collés et soudés sur des circuits imprimés qui sont eux-mêmes collés sur des cadres en mat de fibre de verre/époxy de 5 mm d’épaisseur.

Pour l’assemblage, les cadres sont empilés ensemble entre des cadres métalliques qui maintiennent la tension mécanique des fils. Cette tension approche les 8000 N.

La construction d’une chambre nécessite 25000 mètres de fils, 350 circuits imprimés, 25000 points de colle et de soudure. Une machine à bobiner de grande dimension (installée sur le site du CEA à Saclay ) tend les fils sur des cadres de transfert. Pour les plans d’anode, les 2 différents types de fils sont successivement bobinés sur le même support afin de réduire le temps de tissage.

Toutes les opérations de tissage sont ensuite exécutées dans les salles propres du service R&D détecteurs.

La précision de distance entre fils est de 50 µm. Toutes les tensions mécaniques des fils sont contrôlées après tissage pour éviter des instabilités dues aux forces électrostatiques. La position de chaque couche est contrôlée à l’aide de la machine de mesure tridimensionnelle du service.

Validation sur un prototype de taille réelle
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Test source Mini

Un prototype grandeur réelle comprenant un plan d’anode et deux plans de cathode a été réalisé en 2000. Il avait permis de valider les processus de fabrication industrielle et l’assemblage. L’impact des claquages sur des fils cassés a été étudié. Il s’est avéré que le diamètre du fil d’anode a dû être augmenté de 20 à 30 µm.<:p>

Montage et test de l’électronique de lecture
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Test Tdc Mini

La conception de la chambre suit les règles de compatibilité électromagnétique afin de réduire le niveau de bruit créé par une telle chambre de grande dimension. Toutes l’électronique (ASICs développés par le GSI) et les câbles sont montés sur les cotés de la chambre. Le service R&D détecteurs a développé un outil pour le test et le diagnostic des câbles et des connecteurs. Plusieurs semaines sont nécessaires pour tester les 1300 voies et valider la fiabilité du système complet sous gaz et haute tension. Pendant les tests, les ASICs sont contrôlés et lu à l’aide d’un PC équipé d’une carte PCI développé par GSI. Le group RDD a adapté le programme en C écrit par GSI pour une plus rapide analyse des tests (en utilisant des macros ROOT).

Installation et tests à GSI
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GSI Installation

Les chambres sont transportées à GSI par camion. Elles sont maintenues sur un système d’amortisseurs.

Quatre chambres ont été livrées entre 2001 et 2003. Dans le but de compléter le système et atteindre la résolution maximale grâce â une complète acceptance angulaire du détecteur, la collaboration HADES a demandé au service R&D Détecteurs de construire les deux dernières chambres financées directement par la collaboration. Ces deux chambres ont été délivrées en 2005 et début 2006 et sont maintenant intégrées dans le spectromètre HADES.

Contacts : B. Genolini

Publications et rapports :

Liens :

Hades à GSI


 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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