ITK R&D mechanics , cooling , services

1. ITK R&D mechanics, cooling, services Teddy Todorov pour les equipes du CPPM, LPNHE et LAPP 15/10/2013

2. Etatactuel • LAPP: Alpine pixel detector concept • CPPM: IBL-like pixel barrel • LPNHE: material budget CAD tool

3. Alpine pixel proposal • Proposition de detecteur pixel complet • baséesur la structure de l’échelle alpine • systeme de support • services • Cartesd’interface • Connectique • Scenarios d’installation et maintenance

6. Etapes du projet “pixel Alpin” • Principe de refroidissement de l’échelle Alpine validé • Prototypes thermo-mécaniques de tailleréelle (1m) (fin 2013-debut 2014) • Optimisations de la structure en masse – rigidité – performances thermiques (fin 2013 – 2014 - 2015) • Connexion électrique des modules surl’échelle (stave flex) (fin 2013 – 2014 - 2015) • Echelleéquipée de modules pixel, test complet (2014 – 2015) • Cartesd’interface (???) • Structure globale (2014-2015) • Simulations de physique (fin 2013 – 2014 – 2015) • But: êtrepret pour le TDR pixel upgrade (2016)

9. Allegement de la “montagne”, utilisation de TPG

10. Stave prototypes • Fabrication des prototypes par l’université de Wuppertal et IVW • Excellent savoir-faire • Delaisimportants • Recherched’alternatives?

11. Flex prototypes • Design commencé au LAPP • Premiers contacts avec les fabricants

12. Echelleéquipé de modules pixel • Sensors “Alpins” soumis par Dortmund • “spontanement”, apparemment le LAPP n’aura pas à payer! • Procurement de FEI4 – à faire, en ésperantqu’il en reste! • Module flex pour les “montagnes” • Pourraitetre fait par le Module WG • Connections module-stave flex • On étudieune solution avec des micro-connecteurs • Pas de wire bonding • DAQ – prévu pour 2014 (budget…) • Manpower – post-doc ENIGMASS (debut 2014)

14. Extention of the tracking to eta=4.x – the future?Very Forward Alpine layout • Must rethink services completely • More services at low eta, even in the barrel • Low mass in the very forward (eta > 3) PST 2% Services PIB 5% 2% 0.2% 0.2%

15. L’approche du CPPM: IBL-like barrel

16. Avant propos (CPPM) • Au CPPM le démarrage des études et prototypage est fortement dépendant du projet IBL • En 2013-2014 nous souhaitons nous investir dans: • des R&D sur des structure type IBL ou Alice dans le cadre des paramètres définis par le LOI • le démarrage de l’activité « module loading » dans la continuité de l’expertise acquise sur Atlas/Pixel • 2015 sera consacré a la finalisation de l’étude des performance et de l’architecture globale du détecteur en préparation du TDR

17. Développements • La collaboration existante sur IBL entre les laboratoires de l’in2p3 se prolongera aux activités SlHC. Les travaux menés sur les différents prototypes seront complémentaires sur de nombreux points. • Cette collaboration devrait s’étendre à l’Allemagne, l’Italie et la Suisse pour renforcer nos moyens humains et financiers • Les principales grandes lignes de développements sont les suivantes • Optimisation de la matière (Alpine ou IBL Like): • Mousse de carbone identique a IBL des densité plus faibles sont disponibles  estimation du gain de X0 en fonction des baisses de performances • Composites carbonés  études de performances (des prepreg moins chargés en fibres sont disponibles et déjà a l’étude au LBNL), prix et disponibilité (pour les matières composites cette question est essentielle • Tubes Titane optimisation des dimensions (en fonction du liquide de refroidissement utilisé) et des épaisseurs de parois (développement en parallèle des techniques de brasures ou de soudure). • Optimisation de la géométrie (c’est l’objectif du « Alice like » transposable a la proposition Alpine): • Evidement de la mousse et des renforts en composites • Retrait de la colle entre le tube et la mousse (un contact direct est possible les performances sont a évaluer) les gains en X0 serait important • Augmentation de l’inertie des structures pour un gain de stabilité a matière constante • Encapsulation des services type 0 • Optimisation du layout pour un gain de matière par une optimisation du nombre de modules et de staves • Optimisation des processus de fabrication: • Nous travaillons actuellement avec la société Allemande IVW en collaboration avec le laboratoire Wuppertal, nous devrions élargir notre horizon en élargissant notre réseau de fournisseurs en composites • Il y a un effort important a réaliser sur la qualité des méthodes de fabrication (le rendement s’effondre avec l’allègement des structures (60% de rendement sur IBL pour des « Staves » deux fois plus légères que « Pixel ») • Analyse de risque pour palier aux problèmes récurrents de ce type de structures (délaminationdes couches composites, uniformité des précisions requises …) • Développement du « Module loading » avec objectif de monter une grande quantité de structure (automatisation)

18. Développements • Parallèlement a ces activités l’architecture globale du détecteur devra être définie (mais pas forcément prototypé dans l’immédiat): • Méthode d’intégration des « staves » pour former un barrel (définition des fixations) • Méthode de montage et d insertion • Intégration des services • Tous ces processus devront intégrer la possibilité de réparer et remplacer des éléments: • Remplacer/réparer un module sur une stave • Remplacer/réparer une stave dans une couche du détecteur • Remplacer/réparer des services

19. Conclusions • Les étudesthèrmo-mécaniquesproposées sont communes aux développements d’un concept Alpine ou IBL • Les moyens (usinages, tests ou mesures), les compétences (simulations éléments finis ou X/X0) seront partagées entre les laboratoires • Une collaboration doit être mise en place pour partager et mutualiser nos travaux.