R&D sur la mécanique des Tiroirs  Rappels essentiels et critiques  Cahiers des charges  Travaux et collaboration(s) envisageable(s)?  Planning, moyens.

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1 R&D sur la mécanique des Tiroirs  Rappels essentiels et critiques  Cahiers des charges  Travaux et collaboration(s) envisageable(s)?  Planning, moyens requis et requête à la CSP 1 Discussion avec le Service mécanique 29 avril 2009 François Vazeille

2 Rappels essentiels et critiques  Il parait impossible de remplacer les Tiroirs existants instrumentés par la nouvelle électronique dans les délais impartis (18 mois) en recyclant les Tiroirs actuels.  L’expérience acquise sur les Tiroirs nous renseigne sur les pistes permettant de les améliorer.  L’ électronique nouvelle sATLAS entraîne des changements de concepts. Idée d’une nouvelle mécanique permettant une pré-instrumentation sATLAS sans attendre un recyclage d’objets moins bien adaptés  R&D mécanique.  Le contexte  La majeure partie du cahier des charges ATLAS reste valide pour sATLAS (Voir Tableaux plus loin), mais nous devons tenir compte: - des améliorations possibles. - des modifications liées au nouveau concept de l’électronique, lui-même guidé par l’expérience acquise et les progrès de l’électronique. 2

3  Les critiques  La manutention (Longueur et poids) et l’accès. Pas de grandes améliorations envisageables, (à moins de produire des mini-Tiroirs 2 fois moins longs), mais Outillages pouvant être mieux adaptés à l’environnement.  La disposition et l’accès aux cartes électroniques Proposition de loger les cartes près du Patch panel?  (Très) Fausse bonne idée: - Rejetée pour ATLAS en raison des radiations. - Radiations encore plus grandes d’un facteur 10 pour sATLAS. De plus: - Cela ne concerne pas les PMT Blocks (qui sont là où ils sont!). - Il y aura moins de cartes qu’avant. - Abandonner le concept de Super-Tiroir… ce n’est pas y revenir! Avoir une électronique plus simple (et donc moins de cartes)  Direction actuelle (autres R&D).  La protection de l’électronique: capots prévus mais non retenus  Fragilité des cartes et autres service lors de la manutention. 3

4  La circuiterie du Cooling Trou sous la colle (EBC60)  Colle ~ poudre blanche. Analyses chimiques (Gonzalo Arnau) - Résine: traces de Chlore. - Partie interne du tube près du trou: pas de Cl mais Al et O.  Mécanisme: corrosion par l’extérieur  la colle. Hypothèse: Epichlorhydrine dans la colle peut-être pas correctement mélangée, mais une autre source de contamination locale ne peut pas être exclue. La moitié du tube du même Tiroir a été extraite et étudiée + 2 autres issus de Tiroirs choisis au hasard  Aucune trace de poudre blanche.  Conclusion de Gonzalo: La corrosion n’a pas un caractère typique … néanmoins des dépôts blancs ont été vus par nous dans les tubes depuis longtemps. Problèmes de corrosion (Exposé Giulio Usai dans http://indico.cern.ch/conferenceDisplay.py?confId=26386)  L’accès aux connecteurs du Patch Panel, difficile au fond du Finger et en raison de la grande densité. 4

5 La fragilité du système, en particulier près du Patch Panel, et dans les autres parties souples (Tubes plastiques pouvant être percés). La qualité des connecteurs, différents côté HT et côté Lecture, leur fragilité (sensibilité aux chocs, aux manipulations répétées), et la sensibilité des joints (  O rings  ) à l’environnement (poussière, débris métalliques…). La liaison inter-Tiroir, dans une zone dense en composants divers (Cartes, connecteurs électriques…), et le fonctionnement en cascade du circuit.  Les liaisons mécaniques Rappel du rajout d’une pièce pour retrouver la précision d’alignement, en particulier pour les torons de grande dimension. Pas très pratique à l’usage, avec l’impression après serrage que ce n’est peut-être pas en place. Côte Lecture 5

6  Les outillages Décentrage vis-à-vis des côtes théoriques non expliqué  utilisation de plaques de compensation de différentes épaisseurs. Pas complètement adaptés à l’environnement réel. Accès difficile à certaines cartes électroniques. Fragilité de certaines pièces, en particulier pour le glissement des Tiroirs. 6

7  Les changements de concept  Problématique Mini-Tiroirs/Tiroirs standards  Juillet 2008 Les  Pour  Les  Contre   On the feasibility of building mini drawers for TileCal  présenté par Ferran Granena Serradell (IFAE, Barcelona) avec les soutiens de Ana, Irakli, Ilya, Christian…  Thoughts on drawers and mini-drawers  présenté par FV (Clermont-Ferrand) après discussion avec Guy et quelques collègues de l’équipe. http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=2&sessionId=7&resId=1&materialId=slides&confId=31921 http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=12&sessionId=7&resId=1&materialId=slides&confId=31921  Janvier 2009 - Certains de mes arguments sont tombés (Plus de sommes analogiques), mais les arguments mécaniques subsistent (risques de Zig Zag), avec l’argument nouveau de l’impossibilité de couper les Tiroirs actuels faute de temps pour les recycler. - L’idée des Mini-tiroirs a moins de supporters. 1. Abandon du concept de Super-Tiroir  Réduction du problème des liaisons inter-Tiroirs à celui des liaisons mécaniques. 7

8 http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=6&resId=1&materialId=slides&confId=49287 llya Korolkov, Upgrade meeting (20 janvier 2009) 8

9 2. Avoir des systèmes de connexion plus robustes Actuellement Dans nos rêves! 9 Illustration

10  Cependant, il y a des bonnes idées à prendre  Tiroirs indépendants et routages parallèles des Services: concept valable pour tous les Services (Cooling, élec.).  Nouveaux connecteurs Cooling plus rigides: catalogues SWAGELOK ou PARKER 10

11  Outillages plus adaptés aux conditions réelles d’accès 11

12 Cahiers des charges  Reprendre la mécanique des Tiroirs, refroidissement, Patch Panel et services, et outillages inclus.  Tirer bénéfice de la simplification de l’électronique (moins de cartes)  Plus d’espace disponible pour loger les routages en parallèle des services qui vont prendre plus de place qu’avant.  Prendre l’option Tiroirs Standards comme solution  baseline , mais analyser plus en détails l’option mini-Tiroirs afin de confirmer (ou infirmer) son rejet. 12

13 Spécifications générales ATLASsATLAS Fonctions essentielles - Supports amovibles  universels , sauf quelques Tiroirs spéciaux - Supports de 3 groupes d’éléments:. Intérieur: Blocs PMT.. Face interne: HT.. Face externe: Lecture. - Excellente conductivité thermique. - Services: Cooling et électronique. - Positionnement dans les Girders (Voir plus loin) Idem Aspects géométriques - Section max hors tout: 165 x 165 mm 2 (Elec. et services)  Choix 160 x 160 mm 2 - Longueur max: 150 cm  140 cm choisi. - Caractéristiques finales méca: LPC. - Idem - Idem sauf choix de mini-Tiroirs de ~70 cm. Matrice et matière - Conductivité thermique - Légèreté  Choix de l’aluminium Idem Nombre512 + spares avec 24 Canaux par Tiroir Idem sauf 2 fois plus si mini-Tiroirs. Positionnement-Transversal: 1 mm ± tolérance (voir LPC). - Longitudinal: < 1 mm dans le pire des cas. Idem Cooling- LCS avec de l’eau (Leakless Cooling System)Idem mais à améliorer dans les Tiroirs. Liaisons- Mécaniques: en série. - Services: en série. - Mécanique: idem mais à améliorer. - Services: en parallèle et plus robustes. Patch Panel et blocage- Unique sur une longueur de 3m  Choix: Commun à 2 Tiroirs= 1 Super-Tiroir Idem mais Services plus rapides et robustes mais concept de Super-Tiroir abandonné. Outillages de mise en place avec alignement - Outil rotatif + paniers.Idem mais à améliorer en tenant compte de l’environnement réel (Echafaudages, espace, accès…). 13

14 Spécifications Châssis ATLASsATLAS Côtes et tolérancesVoir dessins LPC.Idem sauf mini-Tiroirs. MatièreAluminiumIdem Conception- Forme recherchant allègement et donc coût de la matière. - Possibilité de simplification? Fixation des objets (Blocs PMT, cartes, services) - Contraintes liées à la la multiplicité des objets  Visserie, Colonnettes diverses… - Revoir et simplifier en raison de la simplification de l’électronique. Protection de l’électronique- Capots prévus mais non retenus: manque de place? - Prévoir des capots en raison de la place maintenant disponible. Tiroirs spéciaux- Quelques unités.Idem Un choix fibres de carbone avait été proposé par un groupe US lorsque la collaboration Tilecal s’était agrandie: y réfléchir, ne serait-ce que pour avoir des arguments la rejetant. Simulations pratiques probablement nécessaires dans l’analyse mini-Tiroirs. 14

15 Spécifications Liaisons mécaniques ATLASsATLAS Accès des 2 côtés même en aveugle - Différentes pièces avec blocage manuel.- A revoir et rendre plus automatique tout en étant sûr et robuste. Blocage des Tiroirs- Système placé derrière le Patch Panel mais indépendant. - A revoir peut-être? Simulations pratiques probablement nécessaires dans l’analyse mini-Tiroirs. 15

16 Spécifications Cooling ATLASsATLAS Tubes rigides- Aluminium comme meilleur élément conducteur.- Voir la solution retenue par les Pixels après avoir connu beaucoup de déboires. Collage- Colle + poudre d’Aluminium.- Revoir la qualité de la colle et son mélange (pas de Cl si tubes Aluminium). Tubes souples- Matière plastique.- Sont-ils obligatoires? - Protection possible? Connecteurs étanches - Plastiques avec joints. - Différentes côté HT et Lecture. - Nouveau choix permettant:. de nombreuses connexions/déconnexions,. un fonctionnement plus automatique.. avec une étanchéité moins sensible à l’environnement. Est-il possible d’analyser nous-mêmes nos tubes détériorées? 16

17 Spécifications Patch Panel et Services ATLASsATLAS Patch Panel - Fixé sur Tiroir externe et accessible au fond du Finger. - Idem, mais réduire la densité de connecteurs et faciliter leur accès via l’usage d’objets plus automatisés et robustes. Connecteurs du Patch Panel- Nombreux et différents.- A revoir avec le nouveau concept des services en parallèle. Goulottes - En Aluminium et fixées par adhésif. - Routage de la majorités des câbles. - Peut-être plus nécessaires? - Si oui, fixation plus robuste. Services Cooling- Tubes plastiques en série et connecteurs.- Concept différent en parallèle et plus automatique et robuste. Services Alimentation- Différents côtés HT et Lecture. - En série totale (HT) ou partielle (Lecture). - Concept différent en parallèle et plus automatique et robuste. Services signaux physiques - Via circuits imprimés et/ou câbles en série.- Concept différent en parallèle et plus automatique et robuste, avec usage de Fibres optiques Haut débit pour transfert. Services signaux DCS- CANbus et câbles - Concept différent en parallèle et plus automatique et robuste, avec usage de Fibres optiques Haut débit pour transfert, peut-être commun avec Services signaux. Effectuer des tests pratiques d’accès avec un Finger (ou une maquette). 17

18 Spécifications Outillages ATLASsATLAS Bancs Tests fixes au CERN- Plusieurs dispositifs- Reprise ou non? sachant que le LPC n’assemblera pas les nouveaux Tiroirs. Outillages d’insertion - Plusieurs outils: Outils tournants + 3 longueurs de paniers. - Outils annexes (Aide à l’insertion) prévus mais non fabriqués. - Contribution avec autre(s) laboratoire(s)? sachant que l’environnement est mieux connu maintenant. - Idem ci-dessus. En étroite collaboration avec la TC d’ATLAS. 18

19 Travaux et collaboration(s) envisageable(s)?  Sur quelles parties? Proposition: - Châssis, pièces mécaniques de liaison, - Fixations des services (étudiées par d’autres?) et du Patch Panel (étudiés par d’autres?), - Outillages de manutention (en collaboration avec un autre laboratoire).  Avec Barcelone (?) + Laboratoires travaillant sur l’électronique + le CERN  Etat des contacts:  Prochaines actions? Pas encore de contacts  Discussions présentes au LPC. - Faire nos choix. - Contacter d’autres laboratoires. - En aviser la Collaboration. 19

20 Planning, moyens requis et requête à la CSP  A discuter aujourd’hui, avant de solliciter la CSP du laboratoire.  Planning à affinerCelui du Tilecal … mais respectant: LoI et IMoU ATLAS en 2010, TP en 2011-2012 et début de la production en 2012-2013. 20  Moyens financiers pour 2009 et 2010?  Moyens humains pour 2009 et 2010? ?  Date de soumission à la CSP?