CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 1 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune CEA - Irfu Micromegas Vertex Tracker

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 2 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune CLAS12 detectors

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 3 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Environnement Space constraints : electronics offset of 1.5 m 16 mm / layers No accessibility Tracking constraints : No material (0,32 % X0 / layer) 5 T B field (Lorentz angle issue) High flux, ideal for sparking Other constraints Low budget (crisis…) Time (2 years to build !!!, 15 years of operation)

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 4 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune 05/07/2008 Magnetic environment to deal with : 5 T parallel to the detector ! e-e- tanθ = v x B / E Standard conditions : E= 1 kV/cm, v= 8 cm/μsec θ = 75 ° Adapted conditions : E= 6 kV/cm, v= 5 cm/μsec θ = 20° Gaseous detector in 5T field ? B E

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 5 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune LLorentz angle behavior with E-field

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 6 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune 6 Experiment at CERN(spark studies)

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 7 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Experiment at CERN(spark studies) Transparency : probability for a primary electron to get through the mesh Transparency decreases (at fixed mesh HV) as drift HV increases Stainless steel drift electrode

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 8 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Beam test at PS, summer 2010

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 9 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Spark rate studies → 12 detectors in π + or π - beam → peaks in spark rates with π + MicromegasCLAS collaboration meeting, 09/03/2011 S.Procureur G. Charles et al., submitted to NIM (Feb. 25th 2011) Tests at CERN/PS, August 2010 → beam momentum tunable between 0.2 and 3 GeV/c → confirms GEM effects → 2 MM+GEM to understand spark rate suppression → 2 weeks of data

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 10 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Large detector test Prototype BMT-C (CERN ) 50x60 cm² 1400 channels → G 0 T e = 6200 (95% du plateau) MIP efficiency (cosmic bench) → ASIC Dream plus adapté aux grandes capas d’entrée (~200 pF, +40% sur S/B d’après Eric D.) → Le (plus grand) détecteur final est plus petit (pistes plus petites, +10% sur S/B) → Limandes Hitachi avec capa plus faibles (50 pF/m, +12% sur S/B) → Gaz Ar+10%isobutane + ionisant (+5% sur S/B) Facteurs d’améliorations: Objectif point de fonctionnement: G 0 T e = 5000 (T e ~ 50%) ⟹ 80% d’amélioration ⟹ début de plateau à G 0 T e ~ 3500

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 11 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Point de fonctionnement CaractéristiqueBarrel MVTForward MVT Gain effectif Mélange gazeuxAr + 10% iC 4 H 10 Ne + 10% C 2 H 6 Hauteur de dérive3 mm5 mm Feuille de GEMN/A1 GEM à 3 mm Champ de dérive8 kV/cm (Z) et 4 kV/cm (C)1 kV/cm Angle de Lorentz20° (Z) et 40° (C)0° Rapport des champs5,5 (Z) et 9 (C)~ 50 Transparence40% (Z) et 50% (C)100% X0X0 0,3% SegmentationLongitudinale en 3 partiesAnnulaire en 3 parties Taille maximale PCB (et capa)45x43 cm² (16 nF / 3)Φ 43 cm (12 nF / 3) Flux de particules / couche4 MHz (dont 1 MHz hadrons)12 MHz (dont 2 MHz hadrons) Taux de claquages / mesh1 Hz Temps mort< 2 % Efficacité de détection> 90%> 95% Pitch540 μm (Z) et 270 μm (C)500 μm Résolution spatiale250 μm (Z) et 100 μm (C)145 μm Résolution temporelle10 ns

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 12 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Deported electronics using flex. 1 st solution Kapton flex: 600 mm max. 100 pF / m Second solution micro coax flex Samtec “unlimited” length, 70 pF/m Latest solution : Hitachi micro coax. “unlimited” length, down to 40 pF/m small diameter 64 or 128 channels / flex

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 13 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Space constraint and low X0 100 mm to fit 6 layers of detector Solution must be curved with X and Y strips with connectors located on one side Accessibility difficult : complex integration and alignment tooling Low radiation length: 200 µm PCB with 5 µm Cu strips Integrated curved gas tight drift (100 µm pcb with 5 µm Cu) Carbon structure for each tile (detector)

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 14 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune CLAS12, Livrables IRFU Détecteurs Forward 6k voies, 1 m² de détection 6 disques bulk mince plat Mesh segmentée (x3) GEM ou résistif 1000 voies Détecteurs Barrel 20k voies, 3 m 2 de détection 6 couches de bulk mince courbe, 2 types de pistes C et Z 3 tuiles à 120 ° Structure autoporteuse étanche Mesh segmentée (x3) Dérive 2 à 3 kV Structure porteuse, Glissières 120° carbone Tube extérieur carbone (fixation forward & câbles) Limande Élec.- Détecteur :micro-coax Hitachi 64 voies, 1,5 m, 320 limandes barrel 96 limandes forward Électronique Front end Barrel: 42 cartes FEU, Forward 12 cartes FEU 8 ASIC DREAM 12 châssis BEU (hardware Jlab) Tube porteur (316 LN = JLAB) Tube de test Alu IRFU Servitudes distribution: Alim & câbles HT Alim & câbles BT Système de Gaz (x2), C/C Refroidissement élec.

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 15 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune CLAS12, PBS, Livrable IRFU (*) : TBC MoU Technique 2012 * * * *

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 16 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Thin curved bulk Thin curve integration process: Curve tooling Bulk is curve with vacuum Gluing of carbon structure Structure of tile Drift gap gas Distribution Gluing of the drift (100 µm pcb)

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 17 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Architecture électronique (DREAM) CPU VXS / VME64 SD TI SSP Adaptation des développements JLAB FEU Liens de détecteurs Cartes frontales Front-End Unit (FEU) Liens optiques Electronique frontale déportée ~1.5m Electronique de concentration sur la plateforme ~10-20m Cartes de concentration Backend Unit (BEU) Interface Trigger Fibre optique ← horloge / trigger ↔ contrôle rapide Interface DAQ Ethernet → données ↔ contrôle lent Câble micro-coaxiaux → signaux analogiques non-amplifiés Développements Irfu à base de nouveau ASIC Dream C – l a s I – d o ~ voies ~400 limandes ~60 cartes FEU à 512 voies ~500 circuits intégrés Dream ~60 liens optiques à 2.5Gbit/s 3-4 cartes BEU Défis → Capacité d’entrée pF → Taux de trigger 20 kHz Pipeline 16 µs → Espace extrêmement limité Champ magnétique ~2T

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 18 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune planning Challenge: Two years to manufacture and test !!! Integration at Jlab in 2014 Physic in 2015 end of experience in 2O30

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 19 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune budget No safty margin on the budget !!!

CEA - Irfu – 6 décembre 2011 – 20 IIRFU MPGD workshop CLAS12. S. Aune Conclusion  R&D barrel OK, R&D forward in 2012  R&D DREAM OK, first chips tested  Short time to build (2 years)  Innovating project  (curved bulk with deported electronic DREAM) Challenge for CLAS12 team