Le détecteur interne gagne le coeur d'ATLAS

La collaboration ATLAS a récemment fêté une étape importante sur le plan technique: le transport et l'installation de la partie centrale du détecteur interne (tonneau du détecteur interne) dans le détecteur ATLAS.


À gauche: le fragile détecteur interne suspendu à son câble glisse doucement dans le puits de 100 mètres de profondeur pour rejoindre son emplacement final.


À droite: ingénieurs et techniciens s'affairent méticuleusement à l'alignement du détecteur interne avant son installation.

De nombreux membres de la collaboration se sont rassemblés au Point 1 pour assister à cet événement. Après des années de travail consacrées à la conception, à la construction et à la mise en service, les deux sous-détecteurs externes (TRT et SCT) du tonneau du détecteur interne ont été transportés de la salle blanche SR1 vers la caverne d'ATLAS. On a déplacé le tonneau du bâtiment 2175 au bâtiment SX1 en passant par le parking. Même si la distance à parcourir n'était que d'une centaine de mètres, il aura fallu des semaines de planification et un peu de chance au niveau météo pour mener à bien cette opération. Des mesures spéciales ont été mises en place afin de réduire au maximum les chocs et les vibrations pendant le transport. Afin d'assurer une surveillance en temps réel, le tonneau était équipé d'accéléromètres qui n'ont enregistré aucune valeur supérieure à 0,1 g; les exigences en matière de transport de ce détecteur extrêmement précis et fragile ont donc été pleinement satisfaites.

Une fois dans le bâtiment SX1, le tonneau aurait dû être facilement descendu dans le puits. Malheureusement, le pont retenu pour cette tâche délicate présentait un problème technique. Après plusieurs heures d'inquiétude, il a pu être réparé et la descente du détecteur au coeur d'ATLAS a commencé. Avec seulement quelques millimètres de marge, le détecteur a été inséré avec succès dans le cryostat du calorimètre à argon liquide.

Le trajectographe à semiconducteur (SCT) et le trajectographe à rayonnement de transition (TRT) constituent deux des trois parties principales du détecteur interne d'ATLAS. La couche la plus proche du centre (détecteur à pixels) sera installée en 2007. La partie tonneau du détecteur interne, qui contient les deux sous-systèmes externes, a été montée en février 2006, puis soumise pendant l'été à des tests indépendants et combinés visant à caractériser entièrement ses performances. Les sous-détecteurs satisfont tous les deux complètement aux spécifications du rapport technique de conception (TDR). Au cours des tests, on a veillé en particulier à ce que le SCT n'occasionne pas de bruit au TRT et vice-versa. Un huitième du TRT et un quart du SCT étaient équipés de chaînes de lecture complètes. De nombreux essais indépendants et combinés ont été effectués afin de déterminer tout effet susceptible de perturber le fonctionnement du LHC, en particulier pendant le cycle de lecture. Les résultats obtenus ont été un immense succès pour les concepteurs (ingénieurs mécaniciens, ingénieurs en électronique et physiciens) des deux systèmes, lesquels sont entièrement indépendants et fonctionnent à des seuils proches de ceux correspondant au bruit thermique.

Le tonneau TRT contient 52544 pailles. Pour gagner de la place, les fils sont divisés en deux parties qui sont lues par les deux extrémités du sous-détecteur, ce qui double le nombre de canaux de lecture (voir Bulletin n° 14/2005). La fabrication de ces pailles étant très précise, les fils peuvent être positionnés à 50 µm près environ dans l'ensemble du tonneau. Cette précision a été validée lors d'essais combinés avec faisceaux et avec rayons cosmiques, réalisés une fois le SCT inséré dans le TRT (voir Bulletin n° 9/2006). Elle permet ainsi à la précision du temps de dérive en ligne de chaque paille, dont on a établi la moyenne sur l'ensemble du détecteur, d'être inférieure à 160 µm pour le mélange gazeux à base de xénon et à 200 µm pour le mélange gazeux à base d'argon, sans que l'on n'ait à employer une méthode d'alignement particulière. Au total, 1,5% environ de canaux ont été cassés par des sources mécaniques ou électroniques défectueuses.

Le tonneau SCT est composé de 2112 modules de détection en silicium double face, montés sur quatre cylindres en fibre de carbone emboîtés les uns dans les autres. Les modules sont lus par des circuits ASIC personnalisés et durcis aux radiations. Au total, on compte environ 3,2 millions de canaux électroniques dont 99,8% sont entièrement opérationnels. Les tests combinés qui ont été effectués sur le TRT et le SCT dans la salle blanche SR1 ont montré que le bruit moyen enregistré dans le module était stable à 4,5 x 10-5, ce qui est bien inférieur à la limite prescrite de 5 x 10-4. Ces mesures ont été prises sur environ 500 modules fonctionnant simultanément.

L'installation et la mise en service définitives du tonneau TRT sont prévues à la mi-septembre, une fois que tous les services requis auront été mis en place et seront opérationnels. Achever l'installation du tonneau TRT en 35 jours et celle du tonneau SCT 77 jours plus tard, après avoir effectué tous les essais nécessaires pour donner le feu vert au fonctionnement autonome du détecteur pendant 10 ans sans plus aucune possibilité d'y accéder, constitue une véritable gageure.