Le calorimètre électromagnétique de l’expérience PANDA

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1 Le calorimètre électromagnétique de l’expérience PANDA
Spectromètre PANDA on GSI ~2016

2 Central Forward Central (Target Spectrometer) Micro vertex
1- Le détecteur Actuel GSI HESR FAIR : Future Facility at GSI Darmstadt, Germany HESR : antiproton storage ring 1-15 GeV/c PANDA : 4π internal target detector Central Forward Micro vertex Straw tubes (or TPC) DIRC-like Cerenkov Electromagnetic Calorimeter 1.94 m Central (Target Spectrometer) 2 Tesla Solenoid Magnet

3 2- Le calorimètre électromagnétique
Géométrie Compacte, 4π Tonneau cristaux Bouchon avant 6864 cristaux Bouchon arrière 816 cristaux ~20000 cristaux Faisceau PWO, tungstate de plomb (PbWO4), Energie De 10 MeV à 10 GeV Champ magnétique 2T Refroidi (-25°C) Scintillateur Faible longueur de radiation Faible rayon de Molière Photodiode APD Principe proche du calorimètre de CMS (et DVCS) … à part que l’on doit refroidir à -25°C R&D sur une large APD R&D sur une électronique à bas niveau de bruit et faible dissipation thermique Améliorer le rendement lumineux du cristal et la tenue au radiation => R&D sur le PWO-II R&D sur la conception mécanique et le refroidissement

4 3- Un aperçu de la R&D sur les cristaux et APD
PWO-II produit par BTCP (Bogoroditsk Technical Chemical Plant, Russie) Dopage modifié et réduction des défauts de concentration Mais encore plus quand on refroidi !! +80% à T° ambiante Plus de lumière que le PWO Et une meilleure tenue au radiation (temps de résurgence à -25°C) LAAPD S3590 (Large Area Avalanche Photo Diode) en collaboration avec Hamamatsu Photonics CMS 5x5mm2 10x10mm2 New Des études approfondies en cours à basse énergie (Na22) avec de petits cristaux de BGO Gain=f(V,T°)

5 4- Définition du tonneau Une tranche du tonneau (1/16)
710 cristaux Longueur 2.5 m Rayon 0.57 m

6 Transparence aux particules entre cristaux
5- R&D composites Transparence aux particules entre cristaux Rapport (épaisseur / rigidité / formage) intéressant Alvéoles en fibre de carbone Alvéoles Insert aluminium Cristaux Moulage d’alvéoles en fibres de carbone Simulation => ~10 % différence Test chargement alvéoles (40 Kg) 0.08 mm max déformation

7 Conception mécanique sans pont thermique
6- R&D thermique Dilatation matériau Atmosphère sec (risque de glace) Electronique peu dissipatrice (50 mW) Ecran thermique frontal faible épaisseur et transparent (particules) Conception mécanique sans pont thermique Refroidissement à -25° stabilisé à ±0,1°C +20°C -25°C Analyse par simulation thermique Quad Preamp 50 mW /ch APDs Ecran à -25°C 4 cristaux Panneau sous vide isolant en face avant Carbone à -25°C Aluminium à 20°C Rohacell Super-isolant R&D isolants Zoom temperature preamp Cristal R1 T2 T1 Face froide APD R2 R3 Cable T4 T3 APD connection preampli : Δ+4°C Face avant température: Δ+0°C Définition analytique de la température de l’APD

8 7- CAO d’un module d’une tranche
Prototype 60 cristaux Réponse du calorimètre Intégration (mécanique, APD, préampli, refroidissement)

9 8- Prototypes 25 et 60 cristaux
« Matrice 25 » 25 cristaux droits (22x22mm2, 200mm) Test sous faisceau à Mainz en 2006 et 2007 Montage avec PMT (réponse des cristaux) Puis avec APD+Préampli « Prototype 60 cristaux type 6 » Cristaux par 4 Préampli

10 9- Premiers tests en rayons cosmiques du proto 60
Refroidisseur Banc d’acquisition Alimentation haute-tension Test sous faisceau en 2008 Injection d’azote

11 Writing of the EMC TDR => Due to the end of CMS production
10- Conclusion Writing of the EMC TDR => Due to the end of CMS production Construction of a thermal prototype of 480 crystals for thermal studies in 2008 : Construction of a slice prototype (used as a spare one)