ITK R&D mechanics, cooling, services

Teddy Todorov pour les equipes du CPPM, LPNHE et LAPP

15/10/2013

Etat actuel

• LAPP: Alpine pixel detector concept• CPPM: IBL-like pixel barrel• LPNHE: material budget CAD tool

Alpine pixel proposalProposition de detecteur pixel complet• basée sur la structure de l’échelle alpine• systeme de support • services• Cartes d’interface• Connectique • Scenarios d’installation et maintenance

Etapes du projet “pixel Alpin”

• Principe de refroidissement de l’échelle Alpine validé• Prototypes thermo-mécaniques de taille réelle (1m) (fin 2013-debut

2014)• Optimisations de la structure en masse – rigidité – performances

thermiques (fin 2013 – 2014 - 2015)• Connexion électrique des modules sur l’échelle (stave flex) (fin 2013

– 2014 - 2015)• Echelle équipée de modules pixel, test complet (2014 – 2015)• Cartes d’interface (???)• Structure globale (2014-2015)• Simulations de physique (fin 2013 – 2014 – 2015)• But: être pret pour le TDR pixel upgrade (2016)

Allegement de la “montagne”, utilisation de TPG

Stave prototypes

• Fabrication des prototypes par l’université de Wuppertal et IVW– Excellent savoir-faire– Delais importants– Recherche d’alternatives?

Flex prototypes

• Design commencé au LAPP• Premiers contacts avec les fabricants

Echelle équipé de modules pixel

• Sensors “Alpins” soumis par Dortmund– “spontanement”, apparemment le LAPP n’aura pas à payer!

• Procurement de FEI4 – à faire, en ésperant qu’il en reste!• Module flex pour les “montagnes”

– Pourrait etre fait par le Module WG• Connections module-stave flex

– On étudie une solution avec des micro-connecteurs• Pas de wire bonding

• DAQ – prévu pour 2014 (budget…)• Manpower – post-doc ENIGMASS (debut 2014)

Extention of the tracking to eta=4.x – the future?Very Forward Alpine layout

• Must rethink services completely• More services at low eta, even in the barrel• Low mass in the very forward (eta > 3)

PST

PIB 5% Services

0.2%

0.2%2%

2%

L’approche du CPPM: IBL-like barrel

Avant propos (CPPM)

• Au CPPM le démarrage des études et prototypage est fortement dépendant du projet IBL

• En 2013-2014 nous souhaitons nous investir dans:– des R&D sur des structure type IBL ou Alice dans le cadre

des paramètres définis par le LOI– le démarrage de l’activité « module loading » dans la

continuité de l’expertise acquise sur Atlas/Pixel• 2015 sera consacré a la finalisation de l’étude des

performance et de l’architecture globale du détecteur en préparation du TDR

Développements • La collaboration existante sur IBL entre les laboratoires de l’in2p3 se prolongera aux activités SlHC. Les travaux menés

sur les différents prototypes seront complémentaires sur de nombreux points.• Cette collaboration devrait s’étendre à l’Allemagne, l’Italie et la Suisse pour renforcer nos moyens humains et financiers• Les principales grandes lignes de développements sont les suivantes

– Optimisation de la matière (Alpine ou IBL Like):• Mousse de carbone identique a IBL des densité plus faibles sont disponibles estimation du gain de X0 en fonction des baisses de

performances• Composites carbonés études de performances (des prepreg moins chargés en fibres sont disponibles et déjà a l’étude au LBNL), prix et

disponibilité (pour les matières composites cette question est essentielle• Tubes Titane optimisation des dimensions (en fonction du liquide de refroidissement utilisé) et des épaisseurs de parois (développement en

parallèle des techniques de brasures ou de soudure). – Optimisation de la géométrie (c’est l’objectif du « Alice like » transposable a la proposition Alpine):

• Evidement de la mousse et des renforts en composites • Retrait de la colle entre le tube et la mousse (un contact direct est possible les performances sont a évaluer) les gains en X0 serait important• Augmentation de l’inertie des structures pour un gain de stabilité a matière constante• Encapsulation des services type 0 • Optimisation du layout pour un gain de matière par une optimisation du nombre de modules et de staves

– Optimisation des processus de fabrication:• Nous travaillons actuellement avec la société Allemande IVW en collaboration avec le laboratoire Wuppertal, nous devrions élargir notre

horizon en élargissant notre réseau de fournisseurs en composites• Il y a un effort important a réaliser sur la qualité des méthodes de fabrication (le rendement s’effondre avec l’allègement des structures (60% de

rendement sur IBL pour des « Staves » deux fois plus légères que « Pixel »)• Analyse de risque pour palier aux problèmes récurrents de ce type de structures (délamination des couches composites, uniformité des

précisions requises …)• Développement du « Module loading » avec objectif de monter une grande quantité de structure (automatisation)

Développements• Parallèlement a ces activités l’architecture globale du détecteur

devra être définie (mais pas forcément prototypé dans l’immédiat):– Méthode d’intégration des « staves » pour former un barrel

(définition des fixations)– Méthode de montage et d insertion– Intégration des services

• Tous ces processus devront intégrer la possibilité de réparer et remplacer des éléments:– Remplacer/réparer un module sur une stave– Remplacer/réparer une stave dans une couche du détecteur– Remplacer/réparer des services

Conclusions

• Les études thèrmo-mécaniques proposées sont communes aux développements d’un concept Alpine ou IBL

• Les moyens (usinages, tests ou mesures), les compétences (simulations éléments finis ou X/X0) seront partagées entre les laboratoires

• Une collaboration doit être mise en place pour partager et mutualiser nos travaux.