Atlas en cours de construction (noter la taille du personnage)
Atlas est l'un des détecteurs installés auprès du LHC, le collisionneur à protons du Cern dédié à l'étude du Boson de Higgs et à la recherche de nouvelle physique au delà du modele standard, qui est entré en fonction en 2008.
Unification des constituants de la matière et de leurs interactions.
Atlas est l'un des deux détecteurs généralistes installés auprès du LHC, qui est entré en fonction au Cern en 2008. Atlas se propose d’explorer un nouveau domaine de la physique expérimentale. La mise en évidence de processus nouveaux et de nouvelles particules modifierait notre compréhension de la matière et de l’énergie, ainsi que les forces régissant notre Univers depuis son origine. Des questions primordiales se posent : Pourquoi et comment les particules fondamentales, qui n’avaient à la naissance de l’Univers ni leur structure ni leur masse actuelle ont-elles acquis des masses si différentes ? Pour répondre à cette question, des théories prédisent l’existence d’une nouvelle particule, le boson de Higgs, dont le champ aurait conféré leur masse à toutes les autres. La particule de masse d'environ 125 GeV dont la découverte a été annoncée par ATLAS et CMS en 2012 a toutes les propriétés pour etre ce boson de Higgs. Il existe cependant des théories qui prédisent l'existence de plusieurs bosons de Higgs. De nouvelles particules sont aussi attendues dans le cadre des extensions du modèle standard de la physique des particules : il s’agit des particules de la super-symétrie, qui associe à toutes les particules des partenaires, dotées de propriétés différentes mais apparentées. Cette super-symétrie impliquerait-elle des dimensions supplémentaires de l’espace-temps ou encore des trous noirs miniatures ?
Au tout début de l’Univers, la matière et l’antimatière existaient en quantité égale. Si la matière et l’antimatière étaient les images symétriques exactes l’une de l’autre, elles auraient dû s’annihiler totalement pour ne laisser que l’énergie. Pourquoi alors reste-t-il un excès de matière qui a pu former les galaxies, le système solaire et … nous-mêmes ? Le LHC reproduira les conditions dans lesquelles était l’Univers juste après le Big Bang, afin de nous aider à comprendre les causes de l’état actuel de l’Univers. Il nous donnera la possibilité d’expliquer pourquoi la matière la plus abondante dans l’Univers est la matière cachée, encore inconnue. Si elle est constituée de nouvelles particules, Atlas pourrait être en mesure de les découvrir.
Vue partielle de l'expérience Atlas mi-2007
Vue aérienne de la région du Cern: en rouge le trajet (souterrain) du LHC
Réalisation de 50% du calorimètre central (mécanique, cryogénie, contrôle)
Électronique du calorimètre (sommes / filtre analogique); électronique durcie (DMILL)
Upgrade phase1 (2018): Conception de la partie analogique de la nouvelle carte électronique LTDB qui détermine le processus de déclenchement au premier niveau pour le calorimètre électromagnétique.
Système d'alignement des détecteurs de muons par visée optique (≈ 30 microns)
Mesure du champ magnétique.
Upgrade phase1 (2018): construction dans la technologie MicroMégas (initiée a Saclay) de 25% des chambres des nouvelles petites roues vers l'avant (NSW). Participation importante à l'intégration de ces nouvelles roues et au systeme d'alignment.
Conception et suivi de la construction du toroide barrel (25 m de longueur, 21 m de diamètre)
Description détaillée des détecteurs
Calcul de la carte de champ magnétique
Reconstruction des traces dans le spectromètre à muons
Visualisation des événements et du détecteur
Physique du modèle standard
Etude de la production de paires de bosons de jauges
Mesure précise de la masse du quark top et du boson W
Recherche du boson de Higgs dans le canal ZZ
Recherche de nouvelles particules de haute masse
Recherche de particules de matière noire produites par paires dans le processus de fusion de bosons vecteurs (W et Z).
Participation à la conception et la construction de la partie interne (à base de capteurs silicium a pixels) du nouveau détecteur interne de traces. Recherche et développement sur des capteurs pixels dans la technologie HV/HR CMOS qui pourrait permettre la construction à moindre cout de détecteurs à haute résulution sur de grandes surfaces et suffisamment résistants au niveau de radiations attendu au HL-LHC.
Participation au design et à la construction de la nouvelle electronique Frond End du calorimètre électromagnétique à argon liquide.
Etude de capteurs MicroMegas rapides (à très petit espace de dérive) pour une éventuelle utilisation dans un détecteur d'identication des muons à très grance pseudorapidité (au delà de la couverture du spectromètre à muon).
Contacts:
Vue CAD d'une nouvelle petite roue du spectromètre a muons (NSW). L'IRFU construit la moitié des chambres des grands secteurs (large sectors).
Simulation d'un événement "micro-trou noir" dans le détecteur ATLAS
Domaines de recherche:
Le « Modèle standard » : notre vision des constituants élémentaires et de leurs interactions telles qu'ils sont décrits par la théorie quantique relatiste des champs et par des principes de symétrie très profonds.
Ce modèle n'étant pas capable d'englober toutes les phénomènes physiques connus (gravitation, matière et énergie noire, asymétrie matière-antimatière), notre objectif est de rechercher des indices expérimentaux qui puissent nous mettre sur la voie d'une théorie plus complète.
Principes de fonctionnement
Atlas observe des collisions spectaculaires de protons d’énergie totale de 13 TeV dans le centre de masse (14 TeV à partir de 2021). Ces protons sont accélérés par le LHC, un anneau accélérateur souterrain de 27 km de circonférence. Le tunnel du LHC est entièrement équipé d’aimants supraconducteurs qui dirigent et focalisent les protons sur des trajectoires circulaires. Les couches successives du détecteur Atlas servent à déterminer les trajectoires des particules chargées et à mesurer l’énergie de la plupart des particules chargées et neutres. La courbure de trajectoires dans le champ magnétique permet de déterminer leur quantité de mouvement et leur charge électrique. Parmi les mille millions de collisions produites par seconde, seules quelques unes possèdent les caractéristiques particulières qui peuvent conduire à des découvertes. Le système de déclenchement sélectionne ces événements pour éviter d’enregistrer une quantité énorme – et inutile – d’informations.
L’analyse des particules issues des collisions frontales de protons ont déjà révélé l'existence d'une nouvelle nouvelle particule, le boson de Higgs, qui est essentielle pour la validation du "Modèle Standard". Les prises de données en cours et futures permettront peut-etre de mettre en évidence des processus encore inconnus au cœur de la matière.
Tous les aimants sont supraconducteurs. Des calorimètres électromagnétiques et hadroniques complètent cet appareillage. Un aimant solénoïde central fournit un champ de 2 Teslas pour une trajectographie précise avec le détecteur interne.
Le détecteur Atlas qui mesure 46 m de long et 25 m de haut est le détecteur le plus grand et constitue, avec CMS, le détecteur le plus complexe jamais construit pour une expérience de physique des particules. Il est également remarquable par sa configuration magnétique. La grande dimension du volume magnétique (sans fer, contrairement au cas d’un dispositif classique) permet une mesure précise des muons de haute énergie.
Les champs magnétiques utilisés pour le spectromètre à muons sont très différents:
Atlas: les huit bobines, enfermées dans un cryostat, sont assemblées dans une grande structure, dans laquelle on impulse un courant créant un champ magnétique toroïdal autour de l'axe du faisceau et non le long de l'axe du cylindre comme dans CMS. Le spectromètre à muon d'Atlas constitue un système autonome qui nécessite peu de surveillance après sa mise en marche.
CMS: L'essentiel de l'expérience est un cylindre dans lequel un champ magnétique solénoïdal très puissant agit le long du faisceau de protons. Le champ de retour dans la culasse en fer est aussi utilisé pour compléter la mesure de l'impulsion des muons dans le détecteur interne.
Les calorimètres électromagnétiques qui mesurent les énergies et les positions des photons et des électrons utilisent des techniques très différentes: Un sandwich plomb-argon liquide pour ATLAS, qui privilégie la résistance aux radiations, l'homogénéité de la mesure de l'énergie et la précision de la mesure de position, des cristaux scintillants pour CMS qui privilégie la résolution de la mesure de l'énergie, en particulier pour les faibles valeurs.
Schéma du détecteur ATLAS et de ses différents sous-détecteurs
Vue de l'intérieur d'Atlas avant la pose des "endcaps"
Le circuit intégré HAMAC, développé avec le LAL Orsay pour la lecture du calorimètre, a eu de nombreux descendants, dont certains font l'objet de brevets.
Chip électronique de type "hamac": 16 canaux, 40 MHz , 144 échantillons, rad hard.
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Persint est un logiciel interactif de visualisation en 3D développé pour l'expérience Atlas au Cern. |
Il permet de représenter le détecteur dans ses moindres détails et d'y inscrire des événements à partir de simulations ou de données réelles. Persint est bien adapté à l'examen d'événements complexes et est utilisé comme outil d'analyse et d'illustration graphique dans les présentations et les publications. Le logiciel peut s'installer sur de nombreuses plateformes utilisées par les scientifiques.
Cette page est dédiée à la mémoire de Marc Virchaux (1953-2004), auteur de ce logiciel.
Il s'agit d'un document pdf en anglais, intitulé "Users Manual and Tutorial" et mis à jour régulièrement. Il décrit toutes les fonctions de l'interface graphique et est présenté sous forme d'un guide pratique pour l'utilisateur. Il contient également les instructions nécessaires à l'installation de Persint.
Cette page contient les instructions nécessaires à l'installation de Persint sur diverses plateformes (Scientific Linux, Ubuntu, Fedora, Debian, Mac OS, Cygwin {Windows 7}).
Le calorimètre inséré dans le cryostat
Le calorimètre électromagnétique mesure l’énergie emportée par les particules. Il est spécialement dédié à la détection des électrons et des photons, dont les signatures sont aisément identifiables.
La technique employée offre une réponse rapide aux particules, et une excellente stabilité des mesures.
-Bruno Mansoulié: co-responsable du groupe de travail de conception, responsable de la construction du calorimètre électromagnétique central (1997-2003)
Chaque calorimètre comporte des plaques métalliques (les absorbeurs) et des éléments sensibles. Des interactions dans l’absorbeur transforment l’énergie incidente en une « gerbe » de particules que les éléments sensibles permettent de détecter. Dans les sections centrales (les calorimètres électromagnétiques), l’absorbeur est en plomb et l’élément sensible est l’argon liquide. Les espaces d'argon liquide sont soumis à un fort champ électrique à l'aide de haute tension (2000V sur 2 mm). Les électrons d'ionisation libérés par les particules de la gerbe dérivent dans l'argon sous l'effet du champ électrique. Ce courant est amplifié, mis en forme, numérisé et enregistré.
L'ensemble est contenu dans un cryostat permettant le fonctionnement à 88 K, température de l'argon liquide
La conception et la réalisation de la partie centrale du calorimètre électromagnétique a été partagée entre les laboratoires suivants :
Assemblage d'un module en salle propre
La partie centrale ou "barrel" du calorimètre électromagnétique est composée de deux roues de 60 tonnes, chacune constituée d'un assemblage de 16 modules. Chaque module est un empilage de 64 absorbeurs et d'autant d'électrodes.
Le calorimètre est finement segmenté en 110 000 cellules qui sont lues par de l'électronique (40 MHz, 17 bits) résistante au radiations.
Les performances suivantes ont été mesurées en faisceau sur des modules de série:
Energy linearity and resolution of the ATLAS electromagnetic barrel
calorimeter in an electron test-beam.
By ATLAS Electromagnetic Barrel Calorimeter Collaboration (M. Aharrouche et
al.). Aug 2006. 48pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A568:601-623,2006.
e-Print: physics/0608012
Construction, assembly and tests of the ATLAS electromagnetic barrel
calorimeter.
By ATLAS Electromagnetic Barrel Liquid Argon Calorimeter Group (B. Aubert et
al.). CERN-PH-EP-2005-034, Jul 2005. 77pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A558:388-418,2006.
Performance of the ATLAS electromagnetic calorimeter end-cap module 0.
By The ATLAS Electromagnetic Liquid Argon Calorimeter Group (B. Aubert et al.).
CERN-EP-2002-104, Nov 2002. 31pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A500:178-201,2003.
Performance of the ATLAS electromagnetic calorimeter barrel module 0.
By ATLAS Electromagnetic Liquid Argon Calorimeter Group (B. Aubert et al.).
CERN-EP-2002-087, Nov 2002. 48pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A500:202-231,2003,
Erratum-ibid.A517:399-402,2004.
Mechanical aspects of the ATLAS barrel electro-magnetic calorimeter.
B. Mansoulie (DAPNIA, Saclay) . Jun 1996.
Prepared for 6th International Conference on Calorimetry in High-energy Physics
(ICCHEP 96), Rome, Italy, 8-14 Jun 1996.
Published in *Frascati 1996, Calorimetry in high energy physics* 407-416
Hadron energy reconstruction for the ATLAS calorimetry in the framework of
the nonparametrical method.
By ATLAS Collaboration (S. Akhmadalev et al.). Apr 2001. 33pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A480:508-523,2002.
Measurement of the photon direction in the ATLAS electromagnetic calorimeter
with the help of neural networks.
By ATLAS Liquid Argon Collaboration (B. Mansoulie et al.). Jun 1999.
Prepared for 8th International Conference on Calorimetry in High-Energy Physics
(CALOR 99), Lisbon, Portugal, 13-19 Jun 1999.
Published in *Lisbon 1999, Calorimetry in high energy physics* 736-743
Results from a new combined test of an electromagnetic liquid argon
calorimeter with a hadronic scintillating-tile calorimeter.
By ATLAS Collaboration (S. Akhmadalev et al.). 2000.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A449:461-477,2000.
ATLAS calorimeter performance Technical Design Report.
By ATLAS Collaboration (A. Airapetian et al.). CERN-LHCC-96-40, Dec 1996. 189pp.
Test beam results of a stereo preshower integrated in the liquid argon
accordion calorimeter.
By RD3 Collaboration (R.A. Davis et al.). CERN-PPE-97-133, Aug 1997. 35pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A411:313-329,1998.
Results from a combined test of an electromagnetic liquid argon calorimeter
with a hadronic scintillating tile calorimeter.
By ATLAS Collaboration (Z. Ajaltouni et al.). CERN-PPE-96-178, Nov 1996. 28pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A387:333-351,1997.
Performance of a large scale prototype of the ATLAS accordion
electromagnetic calorimeter.
By RD3 Collaboration (D.M. Gingrich et al.). CERN-PPE-95-035, CERN-PPE-95-35,
Mar 1995. 39pp.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A364:290-306,1995.
Simulation d'un événement "Higgs" dans
le spectromètre à muons d'Atlas: en gris les bobines du Toroïde, et en vert les chambres à muons
Les muons, une variété « lourde » d’électrons, sont des particules capables de traverser tout l’absorbeur des calorimètres sans être arrêtées. Le spectromètre à muons entoure les calorimètres et mesure les trajectoires des muons pour déterminer leurs quantités de mouvement avec une grande précision. Il comporte des milliers de détecteurs - en forme de tube avec un fil central - placés dans le volume du champ magnétique toroïdal. Le spectromètre à muons est un détecteur spécifique au sein de l'expérience Atlas, qui sert à mesurer avec une très grande précision l'impulsion et la direction des muons. Ces particules, voisines de l'électron et plus massives que celui-ci, sont les composants les plus faciles à capter de la signature du Boson de Higgs, car elles perdent très peu leur énergie lors de la traversée de la matière. Elles seront ainsi détectées plus aisément. L'aimant du spectromètre, grâce au champ magnétique, confère une courbure précise aux particules qui seront ensuite détectées par les chambres à fils. À partir des points de passage enregistrés, on reconstruit la trajectoire des muons ; la mesure de la courbure de la trajectoire et la connaissance de l’intensité du champ magnétique permettent de déterminer les caractéristiques du muon détecté : signe de la charge électrique, direction et énergie.
La reconstruction des trajectoires des muons nécessite plus de 650 chambres sur trois niveaux. les chambres sont faites de tubes à dérive avec un système d'alignement permettant d'atteindre des précisions de 30 microns sur des distances de plus de 10m.
De même que la réalisation d'un aimant toroïdal à air est une première mondiale, son instrumentation integrée entre ses 8 bobines l'est tout autant.
L'alignement des chambres du spectromètre à muons de la partie centrale est de la responsabilité de l'IRFU, en collaboration avec l'institut Nikhef (Pays-Bas).
-Le projet Atlas-muon (système d'alignement) a l'IRFU a représenté environ 100h/an sur 14ans comprenant plus de 5 ans de développement.
Institut de Nikehf (Pays-Bas)
L'aimant du spectromètre à muons est constitué de 8 bobines supraconductrices produisant un champ magnétique toroïdal dans un grand volume dans l'air.
Ce grand volume d'air est rempli de plus de 650 chambres à fils constituées de tubes à dérive, réparties en trois couches dans la partie centrale appelée "barrel". Elles sont conçues pour mesurer la courbure de la trajectoire des muons dans le champ magnétique avec une précision de 50 microns. Pour atteindre cette performance, le spectromètre est équipé d'un réseau de 5800 triplets de capteurs optiques contrôlant en permanence la position de ces chambres.
La qualité des mesures dépend du système d'alignement qui suit la position et la déformation des chambres avec une précision de 30 microns (sur des distances pouvant atteindre plus de 10 mètres).
Le système d'alignement optique est réalisé à base de faisceaux de lumière infrarouge.
Le principe de ces capteurs de positions optiques est simple : Une caméra CCD observe à travers une lentille une image cible. Ces trois éléments sont montés à des endroits stratégiques de l'expérience, et leurs déplacements relatifs induisent une variation de l'image vue par la caméra. La combinaison des 5800 réponses permet de connaître la position des chambres.
Outre sa mise en oeuvre sur les chambres du spectromètre, ce système d’alignement a également été utilisé avec succès pour observer l'évolution de la position des bobines magnétiques durant leur mise en courant. Une trentaine de plaques de référence portant des caméras infrarouge sont montées sur les bobines. Les huit bobines du toroïde sont ainsi alignées grâce à un réseau de 128 lignes de visée optiques.
Atlas a été confronté à des défis nouveaux. D’une part, à cause le l’intensité extrême des faisceaux, les détecteurs et l’équipement électronique doivent être résistants aux radiations. D’autre part, la quantité de données produites par le milliard de collisions par seconde constitue un débit d’informations dont l’ampleur est inédite. L’analyse de ces données sera faite dans les universités et laboratoires partout dans le monde grâce à l’utilisation intensive de la « grille de calcul ».
Capteurs optiques d'alignement
VIE DU PROJET
-Nuit du 9 Novembre 2006: mise en courant nominale des bobines extérieures et mesures précises de leur déformation.
Un courant de 21 000 ampères a été injecté dans les 8 bobines de l’aimant d’Atlas, soit 500 ampères de plus que le courant nécessaire pour produire le champ magnétique prévu. Tous les tests de fonctionnement ont été passés avec succès. Pendant les tests du toroïde, des rayons cosmiques ont pu être enregistrés dans le spectromètre. À 100 m sous terre, dans la zone expérimentale d’Atlas, des muons ont été détectés par les trois couches de détecteurs.
Enregistrement des rayons cosmiques: détails du fait marquant
Atlas comprend 4 grands aimants supraconducteurs (Toroïde central, 2 toroïdes "bouchons", solénoïde central).
La mesure de l'impulsion des particules nécessite l'établissement d'une carte de champ précise en valeur de champ et en position, et rapidement accessible par le programme de reconstruction des traces.
Ceci repose sur la mesure du champ par les capteurs, la connaissance des courants parcourant les bobines et leur géométrie, et la connaissance des masses magnétiques environnantes (calorimètre hadronique, structures, etc.)
Carte de champ dans un plan d'une bobine du toroide central.
Measurement of the muon reconstruction performance of the ATLAS detector using 2011 and 2012 LHC proton-proton collision data, ATLAS Collaboration, Eur.Phys.J. C74 (2014) 3130
The alignment system of the barrel part of the ATLAS muon spectrometer. J.C. Barriere et al. ATL-MUON-PUB-2008-007; http://cds.cern.ch/record/1081769/files/muon-pub-2008-007.pdf.
The control on the deformation of the ATLAS barrel toroid warm structure.
F. Bauer, A. Foussat, P.F. Giraud, C. Guyot, B. Levesy, P. Ponsot, P. Schune, Z.
Sun, P. Vedrine (IRFU, Saclay & CERN) . 2007. 4pp.
Prepared for 10th Pisa Meeting on Advanced Detectors: Frontier Detectors for
Frontier Physics, La Biodola, Elba, Italy, 21-27 May 2006.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A572:145-148,2007.
Combined test beam results on the alignment of muon chambers and muon
reconstruction in the 2004 ATLAS H8 setup.
F. Bauer et al. 2007. 4pp.
Prepared for 10th Pisa Meeting on Advanced Detectors: Frontier Detectors for
Frontier Physics, La Biodola, Elba, Italy, 21-27 May 2006.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A572:98-101,2007.
An optical sensor for the ATLAS muon spectrometer: The reference alignment
system.
J.C. Barriere et al. 2006. 4pp.
Prepared for International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for
Particles and Imaging, Bonn, Germany, 5-8 Sep 2005.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A565:268-271,2006.
Calibrations of two alignment sensors used in the ATLAS barrel muon
spectrometer.
J.C. Barriere et al. DAPNIA-04-508, Apr 2005. 5pp.
Prepared for 2004 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
(NSS / MIC), Rome, Italy, 16-22 Oct 2004.
Status of the alignment sensor calibrations in the ATLAS muon experiment.
J.C. Barriere, O. Cloue, B. Duboue, V. Gautard, C. Guyot, P. Perrin, P. Ponsot,
Y. Reinert, J.P. Schuller, P. Schune (DAPNIA, Saclay) . DAPNIA-04-507, Apr 2005.
4pp.
Prepared for Computing in High-Energy Physics (CHEP '04), Interlaken,
Switzerland, 27 Sep - 1 Oct 2004.
Calibration and production of praxial sensors for the ATLAS muon
spectrometer.
By Saclay hardware alignment group (P. Schune et al.). DAPNIA-03-79, Apr 2003.
11pp.
An optical sensor for the alignment of the ATLAS muon spectrometer.
J.C. Barriere et al. DAPNIA-03-47, Mar 2003. 3pp.
Prepared for 3rd Beaune Conference on New Developments in Photodetection (Beaune
2002), Beaune, France, 17-21 Jun 2002.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A504:356-358,2003.
Two transparent optical sensors for the positioning of detectors using a
reference laser beam.
J.C. Barriere et al. DAPNIA-01-03, IWAA-1999-020, 2001.
Prepared for 8th Pisa Meeting on Advanced Detector: Frontier Detectors for
Frontier Physics, La Biodola, Isola d'Elba, Italy, 21-25 May 2000.
Published in Nucl.Instrum.Meth.A461:233-246,2001.
Development of a transparent optical telescope for the absolute positioning
with respect to a reference laser beam.
J.C. Barriere, O. Cloue, C. Guyot, P. Ponsot, J.C. Saudemont, J.P. Schuller, P.
Schune, S. Sube (DAPNIA, Saclay) . DAPNIA-99-04, Sep 1999. 10pp.
Hardcopy at DESY.
Vue générale d'une nouvelle petite roue (NSW)
Activites Upgrade
Pour limiter le taux de declenchement et maintenir les performances du spectrometre a muon lors de la montee en luminosite instantanee attendue apres 2018, un projet de remplacement des premieres couches de chambres situees en amont des toroides vers l'avant (petite roue) a ete lance: le projet NSW (New Small Wheel). Il prevoit de remplacer les chambres MDT, TGC et CSC de ces couches par une nouvelle generation de chambres TGC et par des chambres de type MicroMegas (MM) dont la technolique est issue de la R&D a Saclay dans les annees 1990. L'IRFU va contruire environ 25% des chambres MM de NSW.
The ATLAS Collaboration. New Small Wheel Technical Design Report; CERN-LHCC-2013-006. CERN, Geneva, 2013
Installation et mise en service du système d'alignement: tous à la mine!
Une partie de l'équipe "Atlas-muons": D.Desforge, Y.Reinert,J-Ch Barrière,F.Bauer,P.-F Giraud,J-F.Laporte,T.Chaminade, G.Adroit,A-I.Etienvre,P.Schune
Vue générale de l'aimant toroïdal après assemblage des bobines
L'Irfu est responsable de l'intégration des huits bobines dans leur masse froide et dans leur cryostat. Il est en charge de la définition de la gamme de montage, de la conception des outillages de manutention des bobines du toroïde central, ainsi que du suivi qualité du montage en caverne. Il est en interaction étroite avec le Cern qui a en charge la gestion des infrastructures du hall d'assemblage et avec le LASA Milan, un laboratoire de l'INFN, qui a en charge le suivi des écrans thermiques.
Conception, étude, et dessins des bobines de l'aimant
Conception, étude, et dessins de réalisation de la structure mécanique et des procédés d'assemblage de l'aimant
Construction, à Saclay, de la bobine prototype B0
Contrôle technique de l'assemblage des bobines au Cern
Fabrication et test des secteurs de l'anneau cryogénique à Saclay
Assemblage de l'anneau cryogénique sur le toroïde au Cern
CEA Saclay
Cern: Hall 180 sur le site de Meyrin et caverne d'ATLAS
2001 : Test de la bobine B0 (prototype longueur 1/3) à 24 000 A.
2002 : Livraison des huits bobines au Cern
Octobre 2003 : Huit bobines intégrées dans leur masse froide.
Décembre 2003 La majorité des pièces nécessaires aux intégrations au Cern sont livrées.
14 Juillet 2004 : Première bobine cryostatée
2004 : Test de la première bobine à 22 000 A
Juin 2004 : Soudure de la première enceinte à vide.
Eté 2005 : Test de la huitième bobine en surface et début assemblage en caverne du toroïde complet
Novembre 2005 : Assemblage mécanique du toroïde en caverne terminé.
2006 : Raccordement des services cryogéniques et électriques;
Novembre 2006: réception et tests à courent nominal du toroïde complet, en caverne.
Printemps 2008: Test final et réception de l'ensemble du système d'aimants toroides (barrel+endcap).
Le 10 Septembre 2008: Premier faisceau dans le LHC
Test de la bobine prototype B0
22 000 ampères dans la plus grande bobine supra-conductrice du monde
Le géant ATLAS est libéré
Mise en service du plus grand aimant supraconducteur au monde; ATLAS détecte des rayons cosmiques
Coupe de l'ensemble du toroïde
L'aimant se compose de huit bobines supraconductrices en étoile de forme rectangulaire de 25 m de long sur 5 m de large, enfermées dans un crysotat et associées dans une immense structure. Le courant passe dans les câbles supra-conducteurs et créée le champ magétique toroïdal autour de l'axe du faisceau de protons. Le champ magnétique ainsi produit entoure l’expérience à la manière d’un tore, d’où l’appellation « toroïde » pour l’aimant géant d’Atlas. L’aimant toroïdal central fait partie du système magnétique du détecteur de l'expérience Atlas pour le LHC. Un aimant toroïdal bouchon et un solénoïde central supraconducteurs complètent le système.
La première spécificité est liée à la taille des bobines (25 m de long) qui requiert des opérations de manutention inhabituelles lors des montages. La taille des bobines, les plus grandes au monde pour un aimant supraconducteur, a été un défi majeur de ce projet. La gestion de la multitude des interfaces tant techniques qu'organisationnelles est aussi une particularité du projet. La structure d'Atlas se distingue par sa robustesse et son fonctionnement assez autonome par rapport à d'autres types d'aimants. D'autre part pour l’intégration des masses froides, une technique d’assemblage a été développée afin de prendre en compte les importantes forces magnétiques appliquées sur le conducteur. Chaque bobinage est inséré dans une boîte à bobine, support mécanique du bobinage, et précontraint à l’aide de baudruches travaillant comme des cales expansibles. Ces baudruches sont tout d’abord remplies de billes de verre et d’argon gazeux, puis le gaz résiduel est évacué et remplacé par de la résine époxyde, de faible viscosité et de longue durée de vie, injectée à 2 bars. La polymérisation de la résine s’effectue en montant la température de la bobine jusqu’à 70°C au moyen d’un courant dans le conducteur, puis en augmentant la pression dans les baudruches jusqu’à 125 bars. Un palier final à 125°C est maintenu pendant trente heures pour compléter la polymérisation.
Conception de la structure d'Atlas-Toroïde et modélisation du comportement mécanique
Calcul et conception de de la structure chaude du toroïde d'Atlas
Les grands principes de construction ont été validés lors des différentes étapes d'intégrations et seuls quelques principes mineurs ont été modifiés par rapport à la conception initiale. L'importance de la préparation en amont du travail, par le biais de la rédaction de procédures de montage et de contrôle, a été encore une fois bien mis en évidence, afin de minimiser les risques techniques et les dérives de planning. La réalisation des bobines du toroide a représenté un investissement majeur pour le SACM et a permis d'acquérir une importante expérience sur la conception, la fabrication et les tests de ce type d'aimant.
Un accord de collaboration a été signé en 1996 avec le Cern dans lequel le Dapnia est responsable de la conception et du suivi de réalisation du toroïde. Cet accord est décliné en plusieurs phases, phase A pour la conception, phase B pour la réalisation , phase C pour les tests des bobines en surface et dans la caverne et phase D pour l'assemblage.
La phase B couvre l'intégralité de ce projet.
Le Cern : coordination générale du système d'aimants pour la collaboration Atlas, cryogénie externe, circuit de puissance électrique, protection, stations d'essai, assemblage en caverne.
CEA : étude générale et de détails du toroide, suivi industriel de composants, essais de composants, coordination et suivi de l'intégration .
ETH Zurich : conducteur.
INFN Milan : conducteur, bobines, écrans thermiques
IFAE Barcelone : enceintes à vide
• Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des particules auprès des collisionneurs
• Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS) • Le Département de Physique des Particules (DPhP) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
• Antenne CERN • Laboratoire d'étude mécanique et d'intégration des détecteurs (LEMID) • Laboratoire d'ingénierie logicielle pour les applications scientifiques (LILAS) • Laboratoire d'intégration des systèmes électroniquesde traitement et d'acquisition (LISETA) • Atlas
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Dernière mise à jour : 05-04-2024
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