1200 cartes électroniques destinées au Top Tracker de l’expérience JUNO sur le banc test

R&D instrumentation

A l’issu du passage au crible des 1200 cartes électroniques du futur Top Tracker de l’expérience JUNO, les ingénieurs de l’IPHC s’attendaient à une perte de 10% des cartes. Il n’en a rien été. Bien au contraire les circuits se sont très bien comportés et quelques 1160 cartes ont d’ores et déjà décroché leur billet pour être installées en Chine.

97% ! C’est le taux de cartes validées à l’issu de la grande campagne de tests des cartes électroniques qui doivent partir pour la Chine équiper le Top Tracker de l’expérience JUNO. Jacques Wurtz coordinateur technique du projet et ingénieur à l’IPHC, en est surpris lui-même « Sur les 1200 cartes testées, 1160 sont validées, 3 sont opérationnelles mais pour des raisons de fiabilité ne seront pas montées dans le détecteur, et 37 vont retourner chez l'assembleur pour être réparées. Nous avons donc un taux de cartes fonctionnelles bien au-dessus de nos espérances. »

Le Top Tracker a pour fonction de reconstituer la trajectoire des muons atmosphériques résiduels qui parviendraient jusqu’à la cuve de l’expérience JUNO enterrée à 700m sous terre. Il est constitué de trois couches de barres de plastique scintillant, lues par des systèmes électroniques très sensibles. C’est la partie Front End de l’électronique que les ingénieurs viennent de passer au crible.

Le Top Tracker utilisera 1000 de ces cartes

Depuis la reprise le 12 mai 2020, le groupe JUNO avec la participation du service de micro-connectique de l'IPHC, ont caractérisé les 1200 cartes Front End. Chacune a subi une somme de tests fonctionnels et de caractérisation à l’aide d’un banc spécialement mis en place pour l’opération. Parmi les actions à conduire on peut citer : la programmation des FPGA (composant électronique entièrement reconfigurables), la vérification de la présence de la haute tension et de sa variation périodique résiduelle (ripple). La validation du bon fonctionnement du circuit MAROC3 fourni par la plateforme OMEGA. La mesure du piédestal et la vérification de la linéarité des convertisseurs analogique/numérique (ADC) interne et externe (plus de 60 000 points de mesure par carte), la caractérisation de l'efficacité du trigger et de la partie masquage de chaque voie.

Au final, Top Tracker utilisera près de 1000 de ces cartes, le reste servira de cartes de réserve. Nous attendons maintenant le reste de la chaîne électronique, composée des cartes ReadOut, des concentrateurs et de la carte de trigger global. Cette chaîne doit être prête l'année prochaine pour être montée sur le détecteur et être entièrement fonctionnelle pour la prise de donnée qui doit commencer en 2022.

A propos de l'expérience JUNO

JUNO est un détecteur d’antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires. Son volume sans précédent et sa précision permettront de déterminer l’ordre des masses des trois neutrinos connus (élément encore manquant), et à mesurer avec grande précision trois des cinq paramètres décrivant leurs oscillations. Ces valeurs auront des retombées en physique des particules et en cosmologie. JUNO, étudiera aussi les neutrinos d’origine terrestre et extra-terrestre (supernovæ, atmosphère, soleil), pour mieux comprendre la quantité de certains éléments radioactifs sur terre et certains mécanismes qui régissent l’évolution de l’Univers.

Le détecteur est une sphère transparente de 35.4 m de diamètre remplie de 20.000 tonnes de liquide scintillant qui brille au passage des particules chargées.  42 000 photomultiplicateurs répartis tout autour enregistreront les événements. Il est enterré à 700m de profondeur pour ne pas être gêné par le flux de particules cosmiques. Et pour détecter les particules résiduelles qui l’atteindraient Il est immergé dans une piscine de détection et coiffé d’un trajectographe, le Top Tracker. La résolution en énergie de JUNO est sans précédent : 3% pour des particules de 1 MeV.

JUNO est un projet international mené par l’Académie des Sciences Chinoise (CAS) à travers l’Institut of High Energy Physics (IHEP).

Les laboratoires français participants sont : CENBG, CPPM, IJCLab, IPHC, SUBATECH et OMEGA.

Contact

Fanny Farget
DAS Nucléaire et applications
Emmanuel Jullien
Responsable de la cellule communication de l'IN2P3
Jacques Wurtz
Ingénieur à l'IPHC et responsable technique JUNO
Marcos Dracos