CLAS12-Tracker

PRESENTATION DU PROJET:

L'accélérateur CEBAF du Jefferson Laboratory (USA) fait actuellement l'objet d'une montée en énergie qui permettra dès 2014 de disposer de faisceau intenses d'électrons jusqu'à 12 GeV. Dans le cadre de ce programme, le spectromètre CLAS situé dans le Hall B doit être largement renouvelé, avec pour objectif principal une augmentation de la luminosité nominale à 10^35/cm²/s. En particulier, un nouveau détecteur de vertex installé au plus prêt de la cible doit être construit. Compte tenu du flux de particules et de la résolution nécessaire, l'Irfu a proposé dès 2006 d'équiper ce trajectographe avec des détecteurs Micromegas souples. l'étude de faisabilité a démontré l'intérêt de ces détecteurs, et JLab a confié à l'Irfu en 2009 la construction du détecteur de vertex vers l'avant ainsi qu'une partie du détecteur central. En 2011, des collaborateurs de l'INFN ont par ailleurs sollicité l'Irfu pour réaliser un petit trajectographe Micromegas dans la partie avant du futur spectromètre.

 

Objectifs:

Le détecteur de vertex doit permettre la reconstruction des particules entre 5 et 125° par rapport au faisceau d'électrons. La partie vers l'avant, constituée de 6 disques Micromegas, assurera la reconstruction de 5 à 35°, en combinaison avec des plans de chambres à dérive. La partie centrale, couvrant la région de 35 à 125°, sera équipée de 6 couches cylindriques formant un ensemble de 18 détecteurs.

 

Thèmes et programmes:

Les constituants ultimes de la matière/Structure des hadrons/Structure du nucléon

 

Vue schématique du détecteur de vertex

Statut du projet:

Durant la phase de R&D, de nombreux aspects innovants ont dû être étudiés, en raison de la grande spécificité de ce trajectographe :

  • Plusieurs prototypes Micromegas courbes ont été fabriqués et caractérisés en banc cosmique. L’utilisation de la technologie bulk a en effet permis depuis 2006 de réaliser des détecteurs sur des planchers fins de 100 à 200 microns d’épaisseur. Ces tests ont montré que les performances des Micromegas  n’étaient pas dégradés en les courbant, et ce jusqu’à des rayons de 10 cm.
  • La présence d’un champ magnétique intense (5 T) nécessite de modifier de manière significative le point de fonctionnement des détecteurs. Des tests à Saclay et à JLab, ainsi que des simulations sous Garfield, ont permis de déterminer les changements à apporter sur le mélange gazeux, les champs de dérive et le choix de la micro-grille.
  • La compacité du détecteur central requiert de déporter l’électronique de lecture très en amont du trajectographe. Des câbles de 1,5 à 2 mètres de longueur doivent ainsi assurer la transmission des signaux jusqu’aux cartes d’électroniques Front End. Plusieurs types de câbles à basse capacité linéique ont été caractérisés, notamment en termes de bruit. Le choix s’est finalement porté sur des câbles micro-coaxiaux Hitachi de 43 pF/m seulement.
  • Le taux de claquages attendu est relativement élevé, en raison du flux de hadrons à proximité de la cible. Des simulations Geant4 appuyées par plusieurs tests en faisceaux au CERN et à JLab ont permis d’estimer ce taux de claquages à quelques Hz par détecteur. Afin de minimiser leur impact et préparer une éventuelle montée en luminosité, il a été décidé d’utiliser la technologie des pistes résistives mise au point au CERN en 2010. Trois prototypes résistifs – deux disques et un courbe – ont ainsi été caractérisés en cosmiques, avec une efficacité mesurée au-delà de 97% pour chacun d’entre eux.

En parallèle, un nouvel Asic a été développé afin de répondre aux contraintes d’utilisation nominales de CLAS12 – capacités d’entrée jusqu’à 200 pF, flux de particules de plusieurs dizaines de MHz, taux de trigger de 20 kHz notamment. Les premiers prototypes de l’Asic DREAM ont été testés fin 2012, et ont révélé une amélioration du rapport signal sur bruit de 25% par rapport à l’électronique développée pour l’expérience T2K. Une première carte Front End a été étudiée mi-2013, et son fonctionnement dans un champ magnétique de 1,5 T a été validé.

 

le spectromètre CLAS12

PLANNING

La production des 1000 Asic DREAM a tout juste commencé, et sera terminée au 2ème trimestre 2014. La production des 6 détecteurs du trajectographe vers l'avant débutera au printemps 2014, suivie par celle des 18 détecteurs cylindriques qui se terminera début 2015. Une première phase d'installation à JLab, de février à septembre 2015, permettra d'installer les détecteurs vers l'avant ainsi qu'un tiers du trajectographe central. Après une période de commissionning fin 2015, le reste des détecteurs sera installé dans CLAS12 début 2016.

 

CONTACTS

Responsable Scientifique: Franck Sabatié
Chef de projet: Stephan Aune
 
 

maj : 06-12-2013 (2075)

 

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