Des alimentations sur mesure pour ATLAS
Une petite équipe d'ingénieurs et de techniciens vient d'achever la mise au point d'alimentations électriques spécialement conçues pour fonctionner dans l'environnement exigeant du calorimètre à tuiles d'ATLAS. La production en série de ces unités a désormais commencé.
Les alimentations électriques sont une composante clé de tout détecteur de particules. Pour ATLAS, comme pour les autres expériences LHC, il est difficile de recourir aux alimentations standard des catalogues du commerce. Elles doivent en effet résister aux rayonnements, tolérer les champs magnétiques et satisfaire aux contraintes liées à un espace restreint et un refroidissement par eau.
Dans le cas du calorimètre à tuiles d'ATLAS, ces contraintes étaient autant de défis pour les ingénieurs chargés de leur conception. Il fallait produire un module d'alimentation universel pour ce qui est des tensions d'entrée et de sortie, de la puissance et du refroidissement délivrés, et convenant pour un usage général dans un environnement exposé aux rayonnements. Le résultat obtenu est un système d'alimentation basse tension distribué (LVPS) pouvant résister à une dose d'irradiation intégrée totale de 40 krads et à des inductions magnétiques dépassant 0,2 tesla, et fournissant au calorimètre une puissance électrique de plus de 100 kW. Le système, composé de nombreux éléments, a pour clef de voûte des LV BOX : 256 boîtiers répartis autour du calorimètre à tuiles, près de ses modules électroniques d'acquisition des données.
Le LV BOX repose sur un « bloc », l'élément central du système LVPS. Ces blocs, réalisés sur mesure, sont en fait des convertisseurs cc-cc à découpage isolés, offrant une puissance de sortie maximale de 150 W, et conçus pour résister aux radiations et aux champs magnétiques. Ils offrent un autre avantage, comme l'explique Ivan Hruska, l'ingénieur en études électroniques à la tête du projet depuis 2001 : « Ils coûtent bien moins cher que les modules radiorésistants du commerce ». Cette économie n'a été rendue possible que grâce à l'utilisation systématique de composants commerciaux standard soigneusement sélectionnés et éprouvés sur le plan de leur tolérance aux rayonnements.
La phase de conception terminée, vient celle de la production, qui consiste à assembler les quelque 300 LV BOX à partir d'environ 2500 blocs et autres composants puis à réaliser les tests finals. Des testeurs conçus sur mesure permettent un contrôle automatisé des fonctionnalités des blocs et des LV-BOX, avant leur installation dans la caverne d'ATLAS. Les tout premiers LV BOX de série ont déjà été utilisés dans un banc d'essai du calorimètre à tuiles utilisant les rayons cosmiques (voir Bulletin n° 30-31/2005).
Le système LVPS du calorimètre à tuiles contient également des convertisseurs qui génèrent la tension d'entrée dans les blocs des LV BOX. Ils ont été développés en collaboration avec l'entreprise TESLA, en République tchèque, et l'Institut de physique de Prague. Tous les composants du système comprennent des unités de contrôle commandées par un réseau de bus de terrain CAN depuis la salle de comptage d'ATLAS.
L'équipe chargée de la conception tient à remercier toutes les personnes qui l'ont soutenue et aidée dans ce projet. L'équipe en charge du développement, dont faisaient partie Ivan Hruska, Francisca Calheiros et Bohuslav Palan, a également accueilli deux techniciens temporaires de Prague, Jiri Palacky et Zdenek Kotek, qui ont participé à la conception des prototypes et du câblage.
Pour plus d'informations, consulter le site Web à l'adresse http://cern.ch/lv-power-supply.
