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Activités passées

par Frederic Derue - 31 janvier 2014

L’équipe de mécanique du LPNHE a pris part à l’étude et à la réalisation du calorimètre central électromagnétique à argon liquide de l’expérience Atlas. Ce dernier est constitué de deux cylindres de 3,2 m de long et de 2,6 m de diamètre. Il est divisé en modules de grandes dimensions, succession d’électrodes recueillant le signal et d’absorbeurs qui sont des composites de plomb et d’acier inoxydable pliés en accordéon. La contribution de la mécanique dans la métrologie de ces constituants, dans l’étude de l’outillage de positionnement des modules et de manutention du calorimètre bouchon, dans l’étude du bâti d’insertion du calorimètre central dans le cryostat et dans l’intégration des détecteurs a constitué une partie majeure de notre activité pendant plusieurs années avant de décroitre progressivement en 2003.

Calorimètre central

Ce calorimètre doit mesurer l’énergie des photons et des électrons avec une très bonne précision. L’homogénéité de l’épaisseur du plomb utilisé pour fabriquer les absorbeurs du calorimètre est un des points les plus délicats et le but, lors de la construction du détecteur, est de maintenir sa contribution propre à la résolution en dessous de 0,3%. Dans ce cadre, nous avons la responsabilité de la métrologie à chaud du plomb et des absorbeurs. Les dernières mesures ont été terminées avec succès au début 2003.

  • Métrologie du plomb : Le laboratoire a mis au point un système de suivi et de mesure des plaques de plomb. Un système de radiographie en ligne avait été mis en oeuvre directement, avec la participation du CEA, auprès du lamineur en Allemagne (précision de la mesure d’environ 5 microns). La production avait été effectuée avec succès (80 tonnes). Après la découpe, les épaisseurs des quelques 4500 plaques de plomb sont à nouveau mesurées avec une plus grande précision (3 microns par point et 500 points par plaque) à l’aide d’une table automatisée équipée d’une tête de mesure à ultrasons. Ces mesures sont effectuées dans le hall IN2P3 à Orsay. Toutes les mesures concernant le plomb ont été réalisées, y compris celles pour un module de rechange si besoin était. Une fois mesurée, chaque plaque est repérée, entreposée et un appariement permet de rendre le détecteur aussi homogène que possible. Ces opérations sont faites avant l’envoi des plaques vers la châine de fabrication des absorbeurs. Cette fabrication est réalisée par le Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire d’Orsay.
  • Métrologie des absorbeurs Les absorbeurs sont consitués d’un sandwich de plomb, d’acier inoxydable, de fibres de verre imprégnées de colle, le tout plié en accordéon. Un contrôle précis de ces éléments est indispensable pour assurer une bonne homogénéité de la réponse du calorimètre (terme constant de la résolution en énergie inférieur à 1%). La métrologie des plaques de plomb et des absorbeurs du calorimètre a été effectuée d’une part par une radiographie de toutes les plaques directement chez le producteur, d’autre part grace à un contrôle par ultrasons durant la construction, à l’aide d’une table de mesure conçue et réalisée par le laboratoire. Les résultats de ces contrôles sont utilisés pour déterminer le placement des plaques de plomb dans le détecteur, de manière à assurer une réponse aussi homogène que possible. Après pliage et assemblage des différents éléments constituant un absorbeur, le service a en charge le contrôle de la géométrie du produit fini. Celui-ci est réalisé à l’aide d’une machine de mesure tridimensionnelle sur laquelle est installé un outillage guidé en translation permettant la mesure des absorbeurs sur toute leur longueur (3,2 m). L’ensemble des 2048 absorbeurs a été mesuré.
  • Électrodes Les dessins des électrodes du calorimètre central avaient été réalisés par le service en liaison avec le CERN et la LAPP d’Annecy. Le LPNHE a en charge les tests électriques d’une partie des électrodes. Ces tests reposent sur la nécessité de qualifier le produit à la sortie de l’entreprise et d’en vérifier la qualité avant assemblage des modules.

Douze appareils permettant le contrôle des électrodes (à plat ou pliées) après fabrication ont été étudiés et mis au point au laboratoire pour les industriels ou la collaboration. Ces appareils ont été conçus et réalisés en étroite liaison avec des électroniciens du laboratoire. La participation du service dans ce domaine s’est achevée début 2000.

Intégration

Le service de mécanique a été responsable, depuis septembre 1998, de l’étude, dans le bâtiment 180 du CERN, du montage du calorimètre électromagnétique central d’ATLAS et des calorimètres bouchons. Depuis septembre 2003 une personne du service a préparé l’installation du calorimètre Barrel (1600 tonnes) dans le puits. Après avoir défini le scénario et les pièces nécessaires (calculs et dessins) à cette translation de 17 m, une procédure a été rédigée. Le calorimètre a été déplacé en novembre 2005 en position finale avec une précision de 1mm par rapport à la position théorique. Cette personne a été détachée au CERN fin 2005 pour une période de 3 mois afin de poursuivre les opérations se déroulant dans le puits telle la mise en place des 2 calorimètres End Cap. Nous avons poursuivi ce travail en réalisant l’étude de l’alimentation des patins à air (en utilisant les différents ateliers du logiciel de CAO Catia : maquette numérique, tubbing, assembling structure) ainsi que le dimensionnement des outillages de déplacement. L’outillage d’installation des chambres à muons a également été concu par le service. Nous avons travaillé sur la partie Pixel que ce soit pour la définition des plans de cintrage des tubes ou pour la réalisation d’une maquette. Plus de détails sont disponibles sur la page http://lpnhe-mecanique.in2p3.fr/exp....

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