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Accueil du site > Activités scientifiques et techniques > Division Instrumentation et Informatique > R&D Détecteurs > Projets du service RDD > G0

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G0

Conception et montage des détecteurs et de leur supports

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Le spectromètre de détection G0 : des "octants" de scintillateurs et de guides de lumière
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Le détecteur G0

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Dessin d’un octant

L’expérience G0 se situe à Jefferson Lab, Newport News, Virginia, USA. Son but est d’en savoir plus sur les sous-structures en quarks des protons et des neutrons en mesurant le facteur de forme de la charge de saveur pour le proton G.

L’expérience consiste à diffuser des électrons avec des protons. Les trajectoires des particulies sont dévié selon leur impulsion par un champ magnétique distribué dans l’espace selon 8 régions appelées "octants". Elles sont détectées par des scintillateurs (Bicron BC408), qui sélectionnent 16 niveaux. La partie française de la collaboration devait construire la moitié de la détection, c’est à dire 4 octants. Chacun est composé de 16 paires de scintillateurs. Le service R&D Détecteurs de l’IPN d’Orsay avait la responsabilité de la conception mécanique du détecteur et de son support. L’assemblage du détecteur a été réalisé en collaboration avec le groupe SDI du LPSC à Grenoble, France

Conception et étude de la structure de support
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Simulation mécanique de la structure porteuse

Les études pour la conception ont duré un an.

Une structure légère a été adoptée pour faciliter le transport vers les Etats Unis. La structure de support doit assurer un bon positionnement de tous les scintillateurs (répartis sur environ 2 mètres) malgré les fluctuations thermiques de plus ou moins 10°C autour de la valeur moyenne. Les simulations réalisées avec un logiciel de calculs d’éléments finis 3D indiquent une variation inférieure à 0.63 millimètres.

Conception et étude des formes des guides de lumière
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Dessin CAO des guides de lumière

Les tubes photomultiplicateurs (Photonis XP2282B) doivent être séparés des scintillateurs car le champ magnétique est trop fort à leur niveau. Les photomultiplicateurs sont reliés aux scintillateurs par des guides de lumière qui peuvent atteindre 1,8 m. Ils doivent être courbés dans un espace étroit tout en permettant une bonne transmission de la lumière. Les formes et les procédures de montage ont été conçues avec un logiciel de CAO 3D. Les plans et les méthodes de fabrication ont été déterminées par cette étude et transmis à l’entreprise sous-traitante en charge de la découpe et du formage des guides de lumière.

Test de prototypes de scintillateurs avec guides de lumière
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Test d’un scintillateur à Orsay

Deux prototypes ont été testés à l’IPN. Un grand scintillateur associé à des guides de lumière de taille moyenne a été testé pour valider les effets du formage. Un petit scintillateur avec les plus longs guides de lumière a permis de vérifier que le nombre de photoélectrons était satisfaisant, et que la résolution intrinsèque en temps était inférieure aux 750 ps RMS requises. Les mesures ont été faites avec une source de Strontium/Yttrium et des rayons cosmiques. Le nombre de photoélectrons mesuré est de 45 et 30 et la résolution temporelle intrinsèque de 310 et 410 ps RMS respectivement.

Assemblage du support
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Mesures des positions des guides de lumière à Orsay

Le montage du support a eu lieu à l’IPN d’Orsay. Le positionnement des scintillateurs a été ajusté et vérifié avec la machine à mesurer tridimensionnelle du service.

Assemblage des guides de lumière sur la structure de support
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Assemblage final à JLAB

Les scintillateurs ont été découpés à Grenoble. Ils ont été polis et habillés à l’IPN d’Orsay. Les guides de lumière ont été habillés partiellement sans être collés aux scintillateurs. L’assemblage final a eu lieu sur le site de JLAB.
Le premier octant a été livré à JLAB en mars 2001 et le dernier octant en août 2001.

Contacts : B. Genolini

Publications et rapports :

Liens :


 

IPN

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

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