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Calorimetri ad argon liquido
by Francesco Tartarelli

Il gruppo di Milano ha contributo al calorimetro elettromagnetico ad argon liquido di ATLAS fin dalle prime fasi del suo sviluppo. Alcuni dei principali contributi forniti alla sua costruzione e al suo funzionamento sono brevementi descritti nel seguito.

Il cuore del calorimetro elettromagnetico ad argon liquido è costituito dagli elettrodi di lettura. Gli elettrodi sono dei grandi circuiti stampati multistrato flessibili di rame e kapton, che hanno il compito di distribuire l’alta tensione nello strato di argon liquido tra elettrodo e assorbitore e di raccogliere la carica di ionizzazione prodotta dal passaggio di una particella nel calorimetro.

La costruzione degli elettrodi ha richiesto una complessa attività di ricerca e sviluppo a causa delle loro grandi dimensioni: fino a circa due metri quadrati rispetto alle poche decine di centimetri quadrati dei circuiti generalmente costruiti dalle industrie. Il gruppo di Milano ha dato un contributo fondamentale alla progettazione degli elettrodi, sin dai test dei primi prototipi (test di laboratorio e test con fasci di prova) e ha seguito la fase di industrializzazione e della produzione di serie (circa 5000 elettrodi per la parte barrel e end-cap del calorimetro elettromagnetico).
Inoltre ha costruito macchine di test (utilizzate sia nell’industria costruttrice che nei nostri laboratori) per verificare che gli elettrodi prodotti soddisfassero le stringenti richieste necessarie per essere installati nei moduli del calorimetro (tolleranze geometriche e proprietà elettriche).

Il gruppo di Milano ha partecipato fin dalle prime fasi al programma di ricerca e sviluppo per la realizzazione dei preamplificatori, circuiti elettronici che hanno il compito di fornire la prima amplificazione al piccolo segnale elettrico rilasciato da una particella nelle celle del calorimetro; perche’ esso possa poi essere elaborato, digitalizzato e trasferito alle fasi successive della catena di acquisizione.

Circa 100,000 preamplificatori (la metà di tutti i preamplificatori neccessari al funzionamento del calorimetro elettromagnetico) sono stati costruiti e provati (con procedure ed apparecchiature da noi sviluppate) da una ditta italiana, sotto la supervisione del gruppo di Milano.

Ulteriori test per il controllo di qualità della produzione sono stati effettuati nei nostri laboratori.

I calorimetri sono costituiti oltre che da rivelatori sensibili al passaggio di una particella anche da una fitta rete di cavi, tubi e strutture di servizio che trasportano i segnali, le alimentazioni, e l’acqua di raffreddamento per l’elettronica. La progettazione della rete di servizi è particolarmente complessa a causa dell’ambiente ostile (radiazioni, presenza di campo magnetico, poco spazio disponibile) e deve essere particolarmente affidabile data l’impossibilità ad accedere alle parti interne del rivelatore durante la fase di presa dati.

Il gruppo di Milano ha progettato e realizzato i servizi per i due calorimetri end-cap ad argon liquid e li ha successivamente installati in ATLAS.

Completata la costruzione e messa in funzione del calorimetro, il gruppo di Milano è coinvolto nella gestione del sistema di alta tensione che fornisce e controlla le alimentazioni necessarie alle circa 5000 linee necessarie al funzionamento del calorimetro. Si tratta di un sistema complesso di controllo, per il quale il gruppo ha sviluppato il software, che partendo da programmi e standard di tipo industriale risponde alle esigenze tipiche di un esperimento di fisica. Gli strumenti sviluppati sono stati integrati nel più generale sistema DCS (Detector Control System) di ATLAS. Essi garantiscono l’operatività quotidiana del calorimetro durante la presa dati dalla control room dell’esperimento, gestendo situazioni anomale e permettendo un tempestivo intervento.

Nell’ambito della calibrazione del calorimetro elettromagnetico, il gruppo ha inizialmente messo a punto un metodo per ricostruire dal segnale campionato degli eventi (utilizzando una tecnica nota come Optimal Filtering) la miglior stima della sua ampiezza e temporizzazione. Successivamente, utilizzando i segnali cosi ricostruiti, il gruppo ha sviluppato ulteriori correzioni per una determinazione ottimale dell’energia di elettroni e fotoni generati nelle collisioni e dell’energia trasversa mancante nel calorimetro.

By Atla Italia