Une structure majeure du futur calorimètre à haute granularité du CMS réussit des tests cryogéniques rigoureux

Un test d'ingénierie clé du futur calorimètre à haute granularité (HGCAL) de l'expérience CMS au CERN a récemment progressé. L'une des plus grandes structures du HGCAL a réussi une série de tests cryogéniques rigoureux, sans surchauffe des plaques externes, condensation ni fuite enregistrées, posant ainsi les bases de son futur service auprès du Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HL-LHC).

Le HGCAL remplacera le calorimètre de bout existant de l'expérience CMS afin de reconstruire plus finement les gerbes de particules dans les conditions d'exploitation du HL-LHC. La structure testée est la première de deux grandes structures d'absorbeur en acier inoxydable. Conformément à la conception, les éléments actifs du HGCAL seront installés dans les structures d'absorbeur et devront maintenir des performances stables à long terme à basse température.

Ce test cryogénique exigeait que l'intérieur de la structure soit maintenu à -35 °C tandis que l'extérieur restait proche de la température ambiante. Pour réaliser un contrôle thermique localisé, la surface extérieure de la structure a été recouverte de 408 écrans thermiques à température réglable individuellement. Pendant le test, l'équipe a installé des capteurs de température et d'humidité sur la surface de la structure afin de vérifier le fonctionnement des écrans thermiques et l'uniformité du refroidissement global.

Le refroidissement d'environ 170 tonnes d'acier à -35 °C a duré plus de quatre jours. Le réfrigérant circulait dans des plaques d'aluminium spéciales placées entre les plaques d'acier ; les écrans thermiques étaient composés de plaques d'aluminium, de panneaux en fibre de carbone et de feuilles chauffantes. Pendant le refroidissement de la structure, l'équipe a continuellement contrôlé et surveillé le fonctionnement de chaque écran thermique, puis a laissé l'absorbeur se réchauffer lentement après avoir terminé l'évaluation.

Pour empêcher la formation de condensation à l'intérieur du détecteur, de l'air extrêmement sec a également été injecté en continu dans la structure afin de maintenir un environnement à faible humidité et de protéger les composants électroniques sensibles internes. Le test a été réalisé par une équipe de 22 membres travaillant en rotation, et les données de mesure seront comparées aux simulations informatiques détaillées du détecteur. L'équipe a indiqué que si les mesures réelles correspondent au modèle, cela validera davantage la fiabilité du HGCAL à fonctionner comme prévu.