ITK R&D mechanics, cooling, services. Teddy Todorov pour les equipes du CPPM, LPNHE et LAPP 15/10/2013

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1 ITK R&D mechanics, cooling, services Teddy Todorov pour les equipes du CPPM, LPNHE et LAPP 15/10/2013

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

3 Proposition 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 Alpine pixel proposal

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6 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 ) Connexion électrique des modules sur l échelle (stave flex) (fin ) Echelle équipée de modules pixel, test complet ( ) Cartes d interface (???) Structure globale ( ) Simulations de physique (fin ) But: être pret pour le TDR pixel upgrade (2016)

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9 Allegement de la montagne, utilisation de TPG

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

11 Flex prototypes Design commencé au LAPP Premiers contacts avec les fabricants

12 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)

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14 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% 2% Services 2% 0.2% 0.2%

15 L approche du CPPM: IBL-like barrel

16 Avant propos (CPPM) Au CPPM le démarrage des études et prototypage est fortement dépendant du projet IBL En 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

17 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)

18 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

19 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.