Christian Arnault - 9 juin 20061 Le futur de l’instrumentation au LAL Service Administratif Service Infrastructure, Logistique et Sécurité Groupe Détection.

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1 Christian Arnault - 9 juin 20061 Le futur de l’instrumentation au LAL Service Administratif Service Infrastructure, Logistique et Sécurité Groupe Détection et Valorisation Service Développements Techniques & Mécanique Service d’Etudes et Réalisation en Accélérateurs Service Electronique Service Informatique

2 Christian Arnault - 9 juin 20062 Plan Les techniques de détection La R&D accélérateurs La mécanique L’électronique L’informatique L’environnement, l’organisation, les services généraux

3 Christian Arnault - 9 juin 20063 Les techniques de détection Concerne de nombreaux domaines technologiques –De nombreuses caractéristiques des technologies de détection sont à améliorer Dont le coût !! –De nouvelles technologies doivent être explorées –Les compétences très adaptées à ces développement existent au sein des Services techniques du LAL développement de prototypes réalisations mécaniques évaluation des détecteurs et de leur électronique conception d’électronique de lecture et de traitement du signal contrôle-commande

4 Christian Arnault - 9 juin 20064 Les techniques de détection Lecture du calorimètre ATLAS pour SLHC –Innovations possibles préamplificateur (intégré) nouvel amplificateur formeur pipeline (en SiGe ou 130 nm DSM dynamique possible ?) ou numérisation à 80 MHz ? (14 bits @100 MHz existe) Somme numérique pour le trigger / analogique ? –tout en gardant les contraintes extérieures (châssis, puissance…) distribution des basses tensions. Probablement nécessité de refaire aussi les autres cartes (calibration / contrôleur)

5 Christian Arnault - 9 juin 20065 Les techniques de détection Radio détection large bande –nouvel axe d’étude pour l’Astronomie Radio et l’Astroparticule Antennes large bande Plusieurs polarisations –signal de gerbe polarisé linéairement –bruit anthropomorphique polarisé circulairement »(Station Radio, TV,Radar ) –Implication du LAL Auto déclenchement par un système de filtrage multibandes en fréquence Mémoire analogique rapide et bas bruit couplée à un ADC Flash (le LAL expert dans ce domaine) –Implication possible du labo pour de grands réseaux d’antennes (10.Nkm2)

6 Christian Arnault - 9 juin 20066 Les techniques de détection Instrumentation  –R&D SuperNEMO pour les 2 années à venir au LAL : –Détecteur BiPo : détecteur planaire dédié à la mesure de ultra haute puretés des feuilles sources  en 208 Tl et 214 Bi scintillateur ultra ultra basse radioactivité Electronique: Flash ADC 12 bits, slow contrôle –Autres voies possibles : Tracking: –TPC a dérive d’ions (faible taux de comptage, grand volume de dérive) –Discrimination alpha/électron –Pulse shape analysis en Geiger –Combiner proportionnel/Geiger Calorimètrie: –Silicium basse radioactivité (géométrie piégeage d’électron…) pour améliorer la résolution en énergie, mais backscattering ???....

7 Christian Arnault - 9 juin 20067 Les techniques de détection Les détecteur Si pixélisés en mode Geiger –Applications : profileur de faisceau tracker à fibres scintillantes calorimétrie hadronique (HCAL sur l’ILC) télescope Cherenkov (CTA) fluorescence atmosphérique (EUSO) PET détection de neutrinos, RICH

8 Christian Arnault - 9 juin 20068 Hold signal Photomultipl icer 64 channels Photo ns Variabl e Gain Pream p. Variable Slow Shaper 20-100 ns S& H Bipolar Fast Shaper Unipolar Fast Shaper Gain correction 64*6bits 3 discriminator thresholds (3*12 bits) Multiplexed Analog charge output LUCID S& H 3 DACs 12 bits 80 MHz encoder 64 Wilkinson 12 bit ADC 64 trigger outputs Multiplexed Digital charge output Les techniques de détection La R&D du LAL sur les SiPMs (ANR 2006, projet AppliSPAD) –Caractérisation des détecteurs (LAAS, JINR ?, ITC ?) Mise en œuvre pour les applications tracker, calorimètre, imagerie … Etude sous irradiation Développement d’un ASIC 64 canaux de lecture : –Discriminateur ultra-rapide –Logique de coïncidence –Digitisation de la charge sur 12 bits –Digitisation du temps sur 12 bits –Gain variable

9 Christian Arnault - 9 juin 20069 Les techniques de détection Cosmologie –Domaine visible et IR (relevés de galaxies) Imagerie grand champ Spectroscopie multi-objets –Développement grandes caméras dans le domaine visible et proche IR –Besoin de compétences Mécanique (mécanique de précision, cryostat) Optique Electronique Contrôle-commande

10 Christian Arnault - 9 juin 200610 Les techniques de détection Les TPC du futur: les technologies MPGD –GEM & Micromegas Rapide, pas d’ effet ExB, peu de remontée d’ions couverture anode 100%  2x106 canaux résolution ~100  m x 200 points –mesuré en cosmiques! –variante 1: MPGD + lecture digitale mini-damiers sub-millimétriques (ici 50  m) pour détecter les électrons uniques –meilleures résolution spatiale et en dE/dx »…ça marche! – variante 2: MPGD + lecture résistive objectif: bénéficier de la très faible diffusion des électrons à 4T pour la résolution, tout en gardant un nombre raisonnable de voies ( ~106) moyen: dépôt d’un film hautement résistif sur l’anode : ça marche! –les TPC à ions négatifs idée: bénéficier de la très faible diffusion des ions inconvénient: les ions sont TRES lents, convient aux exp. souterraines –moyen: gaz très electro-négatif, l’électron est capturé, et restitué dans la région à haut champ (multiplication) »ça marche! idéal pour très grands volumes (neutrino, double β,.) 1 cm diameter 50 cm length 50 cm LBL Saclay LAL-Orsay prototype de TPC à lecture Micromegas pour l’ILC 2003-2005

11 Christian Arnault - 9 juin 200611 La R&D accélérateurs Historique très riche au LAL (nous sommes au cœur de notre métier) –L’accélérateur du labo –LEP –CLIO –Candela –NEPAL –Elyse Le futur –XFEL –ILC –CLIC –SuperB

12 Christian Arnault - 9 juin 200612 La R&D accélérateurs Développements spécifiques –Coupleurs de puissance XFEL Prototypes pour ILC –Canons, photo-injecteurs –Source de positrons polarisés –Etudes sur le point d’interaction Fonctions du coupleur: - Bonne transmission de la puissance HF vers le faisceau avec un minimum de réflexion. - Barrière entre pression atmosphérique et vide poussé des cavités. - Interface entre température ambiante et très basses températures (qq °K).

13 Christian Arnault - 9 juin 200613 La R&D accélérateurs Développements spécifiques –Coupleurs de puissance XFEL Prototypes –Canons, photo-injecteurs –Source de positrons polarisés –Etudes sur le point d’interaction Photo-cathodelaser e-e- Elyse AlphaX Canon sonde Pour CTF3

14 Christian Arnault - 9 juin 200614 La R&D accélérateurs Développements spécifiques –Coupleurs de puissance XFEL Prototypes –Canons, photo-injecteurs –Source de positrons polarisés –Etudes sur le point d’interaction A ctivité multidisciplinaire: physique de la machine théorie des radiations lasers, cavités production de positrons mécanismes de propagation de la polarisation C’est en fait un projet considérable

15 Christian Arnault - 9 juin 200615 La R&D accélérateurs Les défis: –Continuer nos collaborations –Recréer un site experimental au LAL : Développer des injecteurs Production de positrons polarisés Instrumentation Formation –Se préparer aux techniques d’accélération émergentes : Laser/Plasma –Maitriser une complexite croissante Outil informatique Nouvelles technologies –Culture de projet Pérenniser & améliorer l’accessibilité à la documentation Processus Qualité … tout en maîtrisant les équilibres entre Demandes de construction de canons ou de coupleurs en augmentation Enrichissement de nos domaines de compétences par une forte activité R&D

16 Christian Arnault - 9 juin 200616 La mécanique Des compétences en mutation et des spécialités à cultiver –Brasage, soudure Sous vide, par faisceau d’électrons –Canons, coupleurs Problématique de l’étanchéité Développer des procédés de tests systématique et fiables –Mesure 3d, microscopie –Assemblage (coupleurs) Développement de procédés en liaison avec l’industrie –Matériaux Basse radioactivité pour (Super) NEMO –Développement du détecteur BiPo –Surface et vide Dépôts TiN, éléments RF –Mécanique de haute précision Cavités optiques Exigences très fortes sur la qualité, la maîtrise des procédés

17 Christian Arnault - 9 juin 200617 La mécanique Constructions –La fin des très grosses constructions Cryogénie d’Atlas BigWheels –Tendance significative vers la sous-traitance à l’industrie Ingénierie –Extension et concentration des logiciels de calculs CAO, RF, thermique Extension très importante des puissances de calcul exigée par la complexité des éléments à développer –Liaison aux grilles de calcul?

18 Christian Arnault - 9 juin 200618 La mécanique La culture de conduite de projet et l’approche qualité –Relation avec l’industrie Production massive d’éléments pour les accélérateurs déléguée à des industriels Capacité de dialogue avec les industriels –Rédaction de cahiers de charges, des contrats, compétences administratives –Revues –Maîtrise des normes industrielles indispensable »ISO900x –Tests et Mesures Exigence sur les caractérisations Développements de structures de tests

19 Christian Arnault - 9 juin 200619 L’électronique détection lecturenumérisation Informatique Lecture numérisation Détection Lecture numérisation Vers l’intégration des différentes niveaux Peut intégrer le détecteur Beaucoup de voies et peu de connectique Chips autonomes (sans composant discret autour) Conversion interne (ADC, TDC) Mémorisation intégrée (SCA, RAM) Slow control intégré (chargement de registres internes) MAIS… Réduire la dissipation Gérer les couplages analogique/numérique (CEM)

20 Christian Arnault - 9 juin 200620 L’électronique Utilisation des structures communes –Club 0.35 Blocs fonctionnels pour les ADC –IAO/CAO –Pôle de micro-électronique Design d’ASICs Mutualisation des moyens et des compétences –Prévision de plusieurs pôles dans l’IN2P3 –Au LAL pour la région parisienne Le modèle d’organisation est en cours de constitution –Enjeux importants sur l’organisation du service et sur les relations aux projets de physique

21 Christian Arnault - 9 juin 200621 L’électronique Le numérique et l’analogique sont de plus en plus inter- dépendants: –Circuits mixtes –Problèmes de propagation dans les circuits & cartes numériques rapides. La part des tests est croissante: c’est actuellement le goulet d’étranglement. –Cartes de plus en plus complexes (multi-fonction) –Développements en micro-électronique –Intégration système –Garder la proximité avec les scientifiques Une part de l’évolution est liée à la demande de la physique: –tri et numérisation dans le front-end –multiplexage.

22 Christian Arnault - 9 juin 200622 L’électronique Le métier d’électronicien est contraint par une évolution perpétuelle des technologies et des outils associés –Mais le service a su depuis longtemps suivre au quotidien ces évolutions par une veille technologique très efficace –Dans tous les domaines d’activité (cablage, IAO/CAO, construction, etudes, numérique, analogique, micro et macro systèmes) nous avons une compétence à la pointe Un des enjeux est de conserver ce dynamisme –Être attentif aux aspects de management, d’organisation de service Échanges entre experts –La qualité de la politique de recrutement est essentielle Problèmatique de la transmission interne du savoir Poursuivre les efforts sur la documentation interne des procédés et méthodes

23 Christian Arnault - 9 juin 200623 L’informatique Les grandes tendances –Infrastructures massivement distribuées (et même //) Montée en puissance des grilles de calcul Évolution des grilles –Services + agents Où l’on reparle des architectures parallèles –Programmation spécialisée –Calcul QCD sur réseau –Méthodologies L’approche objet est en place c’est un acquis Langages de haut niveau + interpréteurs indépendance vis-à-vis des plateformes et des technologies

24 Christian Arnault - 9 juin 200624 L’informatique Les grilles de calcul –infrastructure mondiale partagée par plusieurs communautés d’utilisateurs 2 « organisations » interopérables : OSG (USA) et EGEE (le reste du monde) –Utilisée par un nombre croissant d’expérience pre et post LHC D0, H1, Babar, ILC… –Utilisée en production par d’autres communautés Biomed : DC sur la malaria (été 05) et la grippe aviaire (mars-mai 2006) Sciences de la terre : acteurs privés (CGG) Des nouvelles communautés : Fusion… Élargissement communautaire tirée par EGEE La distribution des données et des ressources nécessaires pour les traiter sont les principaux défis des grilles –Besoin de nouveaux paradigmes et de nouvelles compétences pour une utilisation optimale des ressources –La parallélisation (multi-threads ET multi-machines) est incontournable, bien qu’encore peu présente dans HEP

25 Christian Arnault - 9 juin 200625 L’informatique GRIF Grille de Recherche en Ile de France Pour LCG, la France doit fournir plusieurs T2 –T2 : noeud de grille consacré à la simulation et à l’analyse Aucun laboratoire n’a la taille suffisante –Analyse demande à la fois beaucoup de puissance et de disque –Une ressource unique distribuée sur plusieurs sites 5 sites : LAL, CEA/DAPNIA, LPNHE (Paris), LLR, IPNO 1 équipe technique unique avec des personnes de chaque laboratoire (actuellement ~ 8 FTEs pour 20 personnes) –Ouvert aux utilisateurs (VOs) LCH et non LHC 4 expériences LHC (80% des ressources) VOs des autres expériences HEP (D0, H1, ILC…) Biomed et sciences de la terre et utilisateurs locaux

26 Christian Arnault - 9 juin 200626 L’informatique Les bases de données –Les SGBD-R/SQL comme solution (presque) « universelle » Les BdD objet n’ont pas tenu leur promesse Les SGBD-R ont intégré des APIs adaptées à la programmation objet –Émergence des BdD XML comme une alternative possible Plus de flexibilité dans l’organisation des données Peut être implémentée avec un SGBD-R (ex : Oracle) La performance des interrogations (queries) reste un problème –Bases de données encore mal intégrées à la grille Pas d’intégration de l’authentification (certificats) Challenge de la réplication des bases de données dans un environnement fortement distribué Des progrès : projet 3D, APIs adaptées aux besoins de HEP (POOL)

27 Christian Arnault - 9 juin 200627 L’informatique Les plateformes –Les processeurs sont toujours plus puissants La puissance par CPU va stagner mais la loi de Moore va continuer : plusieurs CPUs par chip (multi-core) –2 actuellement, 4 bientôt (2008), 16 en 2015 Une application ne pourra tirer parti de la puissance des machines que si elle est « multi-thread ». –Interopérabilité Rôle important de l’Open Source L’importance des OS diminue –Croissance des environnements basés sur des machines virtuelles –3 environnements « pérennes » : Windows, MacOSX, Linux Windows : condamné à partager le marché

28 Christian Arnault - 9 juin 200628 L’informatique Calculs QCD –Les physiciens qui se penchent sur QCD et ses écarts avec l’expérience réclament un accès à des moyens de calcul décents pour leurs simulations Les besoins sont de l’ordre du Pflops en utilisation continue L’architecture mémoire est un élément critique –Une collaboration européenne est en cours de création autour d’un projet de machine spécifique Succéder à ApeNEXT et fournir un gain d’un facteur 100 par processeur (en vitesse) Être une machine un peu plus généraliste que la lignée ApeXXX actuelle –GG : « c’est ce que disait le marketing, mais je n’y crois plus après le workshop de Bologne » L’alternative à une machine spécifique est l’IBM BlueGene/L… –Membres de la collaboration Italie, France, Allemagne –Un ou deux projets (assez avancés) se développent actuellement en Italie

29 Christian Arnault - 9 juin 200629 L’informatique Contrôle-commande –Nombreux clients Voir besoins de tests et mesures en électronique Développements en détection CC pour les nouvelles installations en accélérateurs –NEPAL Conduite de projet, outillage –Automatisation des procédés de gestion de configuration SVN, CMT, Trac, déploiement, tests, documentation Problématique des outils d’aide à l’analyse des résultats –Traitement de l’information distribuée –Bases de données –Proximité avec les chercheurs en informatique (au LAL et ailleurs) Constitution d’une force de frappe ILC –Besoins en simulation –Support méthodes

30 Christian Arnault - 9 juin 200630 L’environnement, l’organisation, les services généraux Mécanismes de mise en partage des compétences et des équipements avec nos collègues régionaux –Pôles Microélectronique –Les grilles de calcul GRIF –Cryogénie/RF Cryholab Généralisation des approches conduite de projet et qualité –Mise en place de ressources humaines associées –Importance des procédures dues aux évolutions des financements budgets consolidés Services administratifs de + en + au cœur des activités Tableaux de bord (ISIS) –La sécurité au cœur des projets Service infrastructure

31 Christian Arnault - 9 juin 200631 Conclusion... Nos compétences sont en place pour le futur proche Des renforcements ou besoins nouveaux: –Compétences système –Qualité, conduite de projet –Magnétique –Optique, lasers –Conduite de mesure, de tests –Relations avec les industries Politique de recrutements –S’adapter à la logique projets pour définir nos demandes Formation permanente toujours essentielle Merci à tous!!