Température d’opération des détecteurs (micro-pistes) en silicium à SLHC (L >1035) Estimation: -30°C sur les substrats en silicium Nobukazu Unno (KEK; septembre 2006) {Contraintes pour éviter « thermal runaway » après augmentation de Ifuite et Vdesertion} Evaporation de fluide frigorigène à ~ -45°C dans les alvéoles “on-detector” {DT (Si – fluide) ~15°C basé sur les expériences avec la mécanique de la présente génération…} Les fluides: C3F8, C2F6, CO2…  non-toxiques ; ininflammables ; non-conductrices en cas de fuite ; résistantes aux radiations (besoin de nouveaux testes) Projet R&D vers choix de fluide soutenu par ATLAS Upgrade project office (N. Hessey, NIKHEF, M. Tyndel, RAL)

Pour et contre : C2F6: Enthalpie ~100J/g, (1gs-1.W-1), Pevap~ 4bara@-45°C, Tcrit ~20°C Pression de livraison de fluide (sans pre-refr.) ≥ 30 bar CO2: Enthalpie ~280J/g (0.3gs-1.W-1), Pevap~7 bara@-45°C, Tcrit ~30°C Température point-triple ~-56°C (formation de ‘neige’) Pression de livraison de liquide (sans pre-refr.) ≥ 70 bar C3F8: Enthalpie~100J/g (1gs-1.W-1), Pevap<1 bara*@-45°C, Tcrit~60°C * traitement spécial pour faible pression d’évaporation  But: conservation de la majorité de tuyauterie interne (à l’intérieure des chambres à muons, calo LAr…) par changement de tuyauterie extérieure et repositionnement des condenseurs de USA15 (fond puits) vers la surface (↑92 m) PEUT-ETRE AUSSI NECESSAIRE POUR SYSTEME C3F8 ACTUEL AVEC Pevap -25°C ET EXTENSION DE DUREE D’OPERATION DE LA COUCHE B

ATLAS SCT & Pixels: Principe du système C3F8 actuel Liquide h.p. Vapeur h.p. USA15 Vapeur l.p. Déverseur/ Back-pressure Regulator (Pevap Individuel ) Liquide l.p. Problème de performance! [limite de vitesse de pompage à un rapport de compression (x17!!) trop élevé!]

Il reste de la place! Amélioration en performance du circulateur C3F8 (Pevap moins importante atteinte…; opération couche B et SLHC.. par modifications externes Il reste de la place! Condenseurs avec pression d’aspiration moins importante qu’au USA15 ATLAS Bat surface rgDh(vapeur) ~ 200mbar (C3F8) rgDh(liquide) ~ 14bar(C3F8) Tuyauterie choisie pour DP dynamique USA15 puits ATLAS (prof. ~ 92m) Compresseurs Tracker

Back up slides

Cycle eventuel C2F6 Atten ΔH ~ 110 J/g Attention: Tcrit ~20°C rgh liquide Retour vers puits Detente Condenseur (Surface) Compresseur Pin~4.5bara, Pout~15bar ΔH ~ 110 J/g Evaporation @ -45°C: Atten

Système C3F8 avec pompe à liquide + condenseur froid Condenseur à température froide refroidi par GN2 (LN2 boiloff) ou R404a … (Point le plus haute sur les plateformes d’accès) Hauteur d’amorçage (maximum possible) rDh(liquid)10m  ~1.5 bar(C3F8) Tracker * Compresseurs Haug pour refroidir condenseurs (plus partie du boucle primaire) Pompe a liquide (2 étages?): Pilotage hydraulique/pneumatique (opération B-field) DP ~14-17 bar USA15 Compresseurs Haug (USA15)

Cycle P-H modifié avec condenseur froid + pompe àliquide: C3F8 Détente (detendeurs/capillaires) DP liquide via Pompe (2-etages?) Evaporation @-45°C Condensation

Infrastructure au CPPM (1): système 200W GUI en PVSS II Morceau du run de 1000 cycles chauffage/refroidissement (« Accelerated Thermal Stress Test » des interfaces thermiques d’une échelle pixel) Machine à états finis en PVSS ; envoie de fluide vers échelle pixel par séquence de vannes pneumatiques

Infrastructure au CPPM (2): système 4kW Buffer d’aspiration automates PID Condenseur

CO2 properties: p-H diagram Attention: Tcrit ~30°C Attention: Pdeliv ~ 60bar P = 60bar liquid Pressure [bar] ΔH(-35C) = 280 kJ/kg P = 12 bar 2-phase gas Enthalpy [kJ/kg]

NIKHEF & CO2: Cooling plant Compact CO2 cooling plant Test setup Primary CO2 cooler Secondary CO2 circulation circuit Compressor (with oil) Accumulator Condensor condensor Detector Heat exchanger Pump

USA15: C3F8 compressors Back-pressure regulator rack: setting of evaporation pressure (temperature) (64 / 324 circuits)