Que ne ferait-on pas pour les yeux d’ALICE ?

Le Spectromètre à photons d’ALICE (PHOS) est un détecteur de photons haute résolution qui mesure les photons issus du plasma extrêmement chaud créé lors des collisions plomb-plomb du LHC. Mettant à profit le long arrêt de l’accélérateur, les équipes d’ALICE se sont attelées à la réparation et à l’amélioration des modules existants et prennent les mesures nécessaires pour pouvoir installer le tout nouveau module à temps pour la prochaine période d’exploitation. Le PHOS rénové sera non seulement un détecteur plus rapide et plus stable, mais il interceptera aussi un angle plus important et permettra mieux d'identifier les protons.

La matrice de cristaux du PHOS pendant la réparation.

Le détecteur PHOS a pour principale caractéristique et pour majeure complexité de fonctionner à une température d’exploitation de -25 °C, ce qui fait de lui l’élément de détection le plus froid du LHC après les aimants supraconducteurs cryogéniques. Depuis leur installation, en 2009, les modules du PHOS (partie froide comme partie chaude) étaient logés dans des structures hermétiques pour éviter toute condensation d’humidité de l’air dans la partie froide. Les 10 752 cristaux de tungstate de plomb du PHOS étaient totalement isolés de l’environnement extérieur d’ALICE et ses modules étaient maintenus à une température d’exploitation stable de -25 °C et à un très faible taux d’humidité. L’accès à l’électronique du PHOS était donc impossible pendant les trois années d’exploitation d’ALICE. L’état de fonctionnement des éléments du PHOS a été suivi de près à l’aide du système de contrôle des détecteurs, mais, en cas de problème, les cartes frontales ne pouvaient être ni remplacées, ni réparées. La situation était comparable à celle d’une expérience embarquée sur satellite : après son lancement, en 2009, le PHOS fonctionnait sans que personne puisse y accéder et n’était contrôlé qu’à distance par télémétrie.

Plusieurs problèmes sont apparus et les interventions différées se sont accumulées au fil des trois ans d’exploitation. Quelques cartes électroniques frontales ont cessé de fonctionner et nécessitaient des réparations. Au début de la période d’exploitation d’ALICE, en 2010, un temps de lecture de 850 μs répondait aux besoins compte tenu de la faible luminosité. Toutefois, avec l’augmentation de la luminosité, en 2011, ce temps de lecture est devenu relativement long. Or, il est possible d’améliorer le temps de lecture d’un facteur proche de 30 en changeant le système de lecture. L’amélioration de ce système devrait aussi augmenter la fiabilité de l’exploitation à long terme.

D’autres sous-systèmes du détecteur PHOS, notamment les systèmes de surveillance, de déclenchement et de refroidissement, nécessitaient des travaux de maintenance, de réparation ou de reprogrammation. Toutes ces tâches exigent de pouvoir accéder aux éléments internes du PHOS. C’est pourquoi l’équipe du PHOS profite de l’actuelle longue période d’arrêt pour réparer les cartes frontales endommagées, reprogrammer leurs microgiciels et améliorer le dispositif de contrôle à distance des systèmes internes du PHOS.

La longue période d’arrêt actuelle est également mise à profit pour assembler et mettre en service le quatrième module, qui est nouveau, et un module du détecteur CPV (Charged Particle Veto). Lors de la deuxième période d’exploitation du LHC, le module du CPV et les quatre modules du PHOS auront été installés, de même que le nouveau calorimètre électromagnétique DCAL, qui reposera sur la nouvelle structure de soutien.

L’installation du PHOS amélioré est prévue pour l’automne 2014. Plusieurs mois seront nécessaires pour terminer l’intégration des détecteurs PHOS et CPV dans le nouvel environnement d’ALICE, qui doit se faire à temps pour le redémarrage du LHC en 2015.

Vous trouverez l’intégralité de l’article sur le site ALICE Matters.

par Yuri Kharlov, ALICE Collaboration