HAL Id: tel-01674274
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de l’argon liquide sur les performances du calorimètre
électromagnétique d’ATLAS
Awatif Belymam
To cite this version:
Awatif Belymam. Etude par irradiation neutronique des effets de pollution de l’argon liquide sur les
performances du calorimètre électromagnétique d’ATLAS. Instrumentations et Détecteurs
[physics.ins-det]. Université Hassan II Ain-Chock (Maroc), 1999. Français. �tel-01674274�
UNIVERSITE HASSAN II AIN CHOCK FACULT E DES SCIENCES A IN CHOCK UNIT
E DE FORMATION ET DE RECHERCHE:
PHYSIQUE DES PARTICULES M
ETHODES NUCL EAIRES D'ANALYSE ET PH ENOM ENES DE TRANSPORTDE MATI ERE
Numero D'Ordre: D01/99 TH
ESE
pour obtenir ledipl^ome de
DOCTORAT
Dis ipline : Physique
Presentee etsoutenue publiquement par
Awatif BELYMAM
Le 10 Juillet 1999
Etude par irradiation neutronique des e ets de pollution de
l'argon liquide sur les performan es du alorimetre
ele tromagnetique d'ATLAS
COMPOSITION DU JURY
Mr G. SAUVAGE President (Rapporteur)
Mr J-Y. HOSTACHY Examinateur
Mr F. LIZZI Invite
Mr J. INCHAOUH Rapporteur
Mr A. IDRISSI Rapporteur
Mesremer iementsvonttoutd'abordauProfesseurAbdeslamHoummada, quiaen adre mon travail de re her he. Je le remer ie pour la qualite de son en adrement et son sou-tien pour menera bien e travail. J'aiparti ulierementappre ieses onseilsetsagrande generosite.
Jesuisre onnaissantea ha undesmembresdu jury,messieursGillesSauvaged'avoir a epte la presiden e du jury de soutenan e, Jean-Yves Hosta hy, Fedele Lizzi, Jamal In haouh, Mohamed Kamal Jammari et Abdellah Idrissi Fakhreddine, de m'avoir fait l'honneurd'enfairepartie,deleurs ommentaires,suggestionsainsiquepourlesinteressantes dis ussions que nous avons pu avoir.
Je remer ie JohannCollot dire teur de re her he du groupe ATLAS de l'Institut des S ien esNu leairesdeGrenoblepoursasympathieetsoninvitationauseindesongroupe pour assister auxtests d'irradiationen 1996et 1997. Je tiensa remer ieregalementtout lesmembres du groupe ATLAS a l'ISN: Marie-LaureAndrieux, Paul De Saintignon, Ar-naudFerrari,Jean-YvesHosta hy,PhilippeMartin,GabrielMondin,Jean-Fran oisMuraz etMonika Wielers pour leur aide et leur amitie.
Je presente mes meilleurs remer iements a tous les membres du groupe ATLAS a l'Institut Royale de Te hnologie de Sto kholm: Per Carlson, Christophe Clement, Linda Megner,JohanLundqvis,BengtLund-Jensen,MarkPear eetJesperSoderqvist. J'adresse ma gratitude a Per Carlsonet a Bengt Lund-Jensen de m'avoir a ueilli dans leur labo-ratoire,de leurs aides etleurs soutiens.
J'adresse un remer iementparti ulieraClaudeLeroy pour ses onseils,ses remarques etsuggestions et ses en ouragements aumoment de la reda tion de ette these.
ditions, je pense parti ulierement aKarin Difet UllaRylander .
Je remer ie tous mes amis auMaro ,en Fran e et en Suede et plus parti ulierement ChristopheClementetJohanLundqvispourleuraidependantlarealisationde ettethese, ainsi quetoutesautres personnes quim'ont onsiderablement aidee dans larealisationde ette these.
Finalement, je remer ie mes parents et ma famille pour leur a e tion et leur soutien pendant toutesmes etudeset plus parti ulierementdurant les annees de these.
Etude par irradiation neutronique des e ets de pollution de l'argon liquide sur les performan es du alorimetreele tromagnetique d'ATLAS
L'objet de e memoire est l'etude de la purete de l'argon liquide par irradiation neu-troniquedesmateriaux onstituantle alorimetreele tromagnetiquedudete teurATLAS. Ellea ete menee aupresd'une station d'irrdiation neutron onstruite aupres du Systeme d'A elerateurs Rh^ones-Alpes (SARA) pour etudier le omportement sous rayonnement neutron des omposantsele troniques et me aniques qui seront utilisesdans la onstru -tion du LHC etdes dete teurs.
Cetteetudequiadurede 1995a1998 apermisde sele tionnerlesmateriauxpeu pol-luantsa nde reduirelefa teurd'attenuationdu signaldu alorimetreele tromagnetique pendant les dix annees de fon tionnement. Par ailleurs e alorimetre sera dote d'un pre-e hantillonneurquiequipera sa fa einterieurepour orrigerlespertes d'energiedans les materiaux des dete teurs internes separant le point de ollision des deux fais eaux et le alorimetre ele tromagnetique.
Ce memoire rapporte aussi notre ontribution a la onstru tion du dete teur pr e-e hantillonneur du dete teur ATLAS. En e qui on erne le pre-e hantillonneur nous de rivons dans e memoire les di erentes etapes de preparation et de quali ation des ele trodes, le groupe Maro ain travaillant au sein de la ollaborationATLAS est harge de ontr^oler laqualiteet lame aniquedes ele trodes ainsi que les ontr^olesele triques a l'aided'un ban de testele tronique quipermetde mesurer laresistan e, la apa iteetle ourant de fuite de haque ele trode. Nous rapportons dans e memoire lesresultats des mesures e e tuees surun lotde 2000ele trodes quiontserviala onstru tiondu module 0d'ATLAS. Nous donnonsaussi une des ription du ban de test utilisepour es mesures et ontr^oles.
1 Introdu tion 15 2 Le LHC et le dete teur ATLAS 19 2.1 Lefutur ollisionneurLHC . . . 19 2.1.1 Des ription . . . 19 2.1.2 Performan es . . . 20 2.1.3 Laphysique au LHC . . . 22
2.1.4 Lesvariables inematiques . . . 25
2.1.5 Les ontraintes imposees par le LHC . . . 25
2.2 Ledete teur ATLAS . . . 26
2.2.1 But. . . 26
2.2.2 Des ription . . . 26
2.2.3 Ledete teur interne . . . 28
2.2.4 Les alorimetres . . . 30
2.2.5 Lespe trometre a muons . . . 35
2.2.6 De len hement eta quisition . . . 35
2.3 Lesradiations auniveau du dete teur ATLAS . . . 38
2.3.1 Niveaux de radiation attendues . . . 38
2.3.2 E etssur lesmateriaux . . . 40
2.3.3 E etssur lesdete teurs . . . 42
3 Le alorimetreele tromagnetique du dete teur ATLAS 43 3.1 Prin ipesde alorimetrie . . . 43
3.1.1 Introdu tion . . . 43
3.1.2 Developpementdes gerbesele tromagnetiques . . . 44
3.1.3 Calorimetreae hantillonnage . . . 45
3.2 Calorimetreele tromagnetique . . . 46
3.2.1 Argon liquide . . . 46
3.2.4 Performan es attendues . . . 51
3.3 Presentation de la ha^ned'ele tronique . . . 52
3.3.1 Formationdu signal . . . 52
3.3.2 Ele tronique de le tureet traitementdes donnees . . . 55
3.4 Le pre-e hantillonneur . . . 58
3.4.1 Travailde ollaboration . . . 58
3.4.2 Des ription . . . 59
3.4.3 Les modules . . . 59
3.5 Lesele trodes . . . 60
3.5.1 Produ tion des ele trodes . . . 62
3.5.2 Contr^olegeometrique . . . 64
3.5.3 Tests sous haute tension . . . 68
3.5.4 Con lusion. . . 72
4 Station d'irradiation neutron 73 4.1 Des ription de l'aire experimentale . . . 73
4.1.1 Le Cy lotronSARA . . . 73
4.1.2 Cible et ryostat . . . 75
4.2 Dispositifexperimentalde dete tion . . . 77
4.2.1 Mesure du temps de vol . . . 81
4.2.2 EÆ a ite de dete tion des neutrons . . . 81
4.3 Distribution angulaire . . . 81
4.3.1 Normalisationdes spe tres . . . 82
4.3.2 Mesure de la uen e par a tivation du 58 Ni . . . 83
4.4 Fluen e equivalentea 1 MeV pour Siet GaAs . . . 89
4.5 Con lusion . . . 90
5 Tests d'irradiation neutronique 93 5.1 Presentation du site d'irradiation . . . 94
5.1.1 Materiaux prototypes . . . 94
5.1.2 Irradiation . . . 96
5.2 Site experimental . . . 97
5.2.1 Des ription du systeme de puri ation . . . 97
5.2.2 Pro edures de puri ation . . . 98
5.2.3 Moniteur de purete . . . 101
5.3 Prin ipesde dete tion . . . 102
5.3.1 L'e et de re ombinaison . . . 103
5.3.2 L'e et de apture . . . 105
TABLE DES MATIERES 5
5.4.1 Des ription . . . 109
5.4.2 Ele tronique de le ture . . . 110
5.4.3 La alibration . . . 110
5.4.4 Mesure du bruit d'ele tronique . . . 111
5.5 A quisitiondes donnees . . . 111
5.5.1 Avant irradiation . . . 111
5.5.2 E etsd'irradiations . . . 113
5.6 Con lusion . . . 116
6 Resultats des tests d'irradiation 117 6.1 Letest du ryostat vide . . . 117
6.2 Les ontaminations par l'oxygene etl'azote . . . 119
6.2.1 Lesresultats de la ontamination par l'oxygene . . . 120
6.2.2 Lesresultats de la ontamination par l'azote . . . 120
6.2.3 Lese ets de re ombinaisonetde apture . . . 122
6.2.4 Veri ation du modelepour LArpollue par de l'oxygene . . . 123
6.2.5 Comparaisonsave d'autres experien es. . . 125
6.3 Lapollution due aux irradiations . . . 126
6.3.1 L'irradiationdu FR4 . . . 126
6.3.2 L'irradiationde l'epoxyde pre-impregne(Prepreg) . . . 128
6.3.3 L'irradiationdu G10 . . . 130
6.3.4 L'irradiationd'epoxyde (Epoxy) . . . 131
6.3.5 L'irradiationde l'epoxyde pre-impregne(Prepreg) . . . 133
6.3.6 L'irradiationdes ^ables en kapton . . . 134
6.3.7 L'irradiationdes Nidd'abeilles . . . 135
6.3.8 L'irradiationdes onne teurs. . . 136
6.3.9 L'irradiationdes artes . . . 137
6.3.10 L'irradiationd'un e hantillondu pre-e hantillonneur . . . 139
6.4 Con lusion . . . 140
7 Extrapolation des resultats au alorimetre ele tromagnetique 145 7.1 Methode de al ul. . . 146
7.1.1 Signal de la ellule alpha . . . 146
7.1.2 Extrapolationau signaldu alorimetreele tromagnetique . . . 150
7.2 Con lusion . . . 153
2.1 Implantation du LHC auCERN. . . 21
2.2 Se tioneÆ a etotalededi erentspro essusdel'intera tionproton-proton en fon tion de l'energiedans le entre de masse [6℄. . . 24
2.3 Ledete teur ATLAS. . . 27
2.4 Ledete teur interne. . . 30
2.5 La alorimetrie ATLAS. . . 32
2.6 Lespe trometre a muons. . . 36
2.7 Ar hite ture de de len hement du dete teur ATLAS. . . 37
2.8 Doses annuelles integrees (Gy/an) aux di erentes positions du dete teur ATLAS. . . 39
2.9 E etdes radiationssur l'epoxyde R 423. . . 41
2.10 E etdes radiationssur le omposite R 525. . . 42
3.1 Prin ipe des alorimetres homogene et ae hantillonnage. . . 46
3.2 Vue d'une oupe transversale des absorbeurs et des ele trodes en forme d'a ordeon. . . 48
3.3 Vuesd'undemi-tonneaudansle ryostat(agau he)etd'uneroue(adroite) du alorimetreele tromagnetique. . . 49
3.4 Matiereina tiveenlongueurderadiationX 0 ,devantle alorimetreele tromagnetique, en fon tion de . . . 50
3.5 Vues hematiquepartielled'unse teurangulairedu alorimetreele tromagnetique tonneau. . . 51
3.6 Ionisationde l'argonentre un absorbeur et une ele trode. . . 53
3.7 S hema de olle tion des harges dans une hambre d'ionisation a argon liquide. (a) une paire d'ele tron-ion isolee; (b) une ionisationuniforme. . . 54
3.8 Formetriangulaire du ourantinduit par l'ionisationde l'argon. . . 55
3.9 Prin ipedela ha^neele troniquedele turedu alorimetreele tromagnetique. 56 3.10 E hantillonnagedusignalmisenforme. Lesignaltriangulaireaprespreampli ation est aussi presente. . . 57
3.13 S hema d'une athode pour les modulesde type 1.. . . 63
3.14 S hema d'une anode pour les modules de type 3a 8. . . 63
3.15 Contour d'une anode. Les points notes de 1 a 10 montrent les positions des points de mesure des epaisseurs. Les lettres a, b, et d designent les positions des onnexions ele triques.. . . 64
3.16 Epaisseursmoyennesenfon tiondelapositiondemesurelelongdel'ele trode. A gau he elles des athodes et adroite elles des anodes.. . . 66
3.17 Les e arts quadratiques moyens r.m.s de l'epaisseur, pour les athodes (a gau he) etpour lesanodes (a droite). . . 66
3.18 Photo du ban de test haute tension. . . 69
3.19 S hema equivalent d'une anode. La ligne en pointillee represente les on-nexions faites par le ban de test durant les mesures. Les points a, b, et d orrespondent aux di erents points de onnexion de l'anode. et d sont les points aux ou hes externes ou est appliquee la hautetension; les points aet b representent la ou he entrale. . . 70
3.20 Courantde harge pour lesbonnes onnexions (agau he) etpour les mau-vaises onnexions (adroite) [28℄, [29℄. . . 71
3.21 Distributionsdes resistan es etdes apa ites pour 1087 anodes [28℄,[29℄. . 71
4.1 Vue generaledu dispositifd'irradiation. . . 76
4.2 Distribution des aptures neutron dans lebeton baryte. . . 77
4.3 Dispositifexperimentalde produ tionet de dete tion des neutrons. . . 78
4.4 Di eren ede signaux neutron et gamma. . . 79
4.5 Dis riminationneutron-gamma. . . 80
4.6 Rapportdes spe tresmesures a 0 Æ en 1993 eten 1996. . . 80
4.7 EÆ a itede dete tion du neutron. . . 82
4.8 Variationdu uxneutron normalise a0 Æ en fon tion de . . . 84
4.9 a)Letempsde voldes neutrons;b)Spe tred'energiedes neutronsa0 degre. 86 4.10 Spe tre de neutrons auxdi erents anglesde dete tion . . . 87
4.11 S hema d'une plaque irradiee. . . 88
4.12 (a)Variationen fon tionde du uxnormalisea0 Æ . (b) Energiemoyenne des neutrons en fon tion de l'angle . ( ) Se tion eÆ a e moyenne de la rea tion 58 Ni(n,p) 58 Co. (d) Fa teurM pour GaAset Si. . . 91
5.1 Installationa vide ave le ryostat d'irradiation. . . 99
5.2 Photo du ryostat aargon liquide. . . 100
5.3 S hema de la sour e alphaAm-241 et de la ellulede dete tion. . . 102
5.4 Fa teurde apturedesele tronsk s (mol 1 s 1 )enfon tiondu hampele trique (V/ m) dans l'argonliquide (T=87K)en presen ede SF 6 (triangle), N 2 O ( arre) etO (rond)[47℄. . . 106
5.5 Moniteurde purete et ha^ned'a quisition. . . 109 5.6 Montageele tronique utilise pour les tests d'irradiation.. . . 111 5.7 Spe tresdes signaux alpha, test etpiedestal avant l'irradiation. . . 113 5.8 Rapport des harges en fon tion du hamp ele trique, mesurees pendant
deux experien es di erentes. . . 114 5.9 Signalalpha\noye"parlesignalb^etalorsde l'irradiationduFR4/Prepreg,
aun hampele triquede 22.9 kV/ m. . . 115
6.1 Evolution de l'attenuation du signal en fon tion du temps de prise des donnees, pour deux valeursdu hampele trique17.1 kV/ met22.9 kV/ m.118 6.2 Fa teursd'attenuationdusignaldansle as d'unmelangedugazd'oxygene
( guregau he) ou du gaz d'azote ( guredroite) ave l'argon liquide.. . . . 121 6.3 Longueursd'attenuationdansle asd'unmelangedugazd'oxygene ( gure
gau he) ou du gaz d'azote ( gure droite)ave l'argonliquide.. . . 121 6.4 La harge alpha (fC) en fon tion du hamp ele trique (kV/ m). . . 124 6.5 Fa teur d'absorption en fon tion du hamp ele trique (kV/ m). L'argon
liquide est pollueen oxygene. . . 125 6.6 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour le FR4. . . 128 6.7 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesures(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour le prepreg (29 plaques irradiees). . . 129 6.8 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour le G10. . . 131 6.9 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesures(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour l'epoxyde. . . 132 6.10 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour le prepreg (15 plaques irradiees). . . 133 6.11 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour les ^ables. . . 135 6.12 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
6.13 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour les onne teurs. . . 137 6.14 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour les artes. . . 138 6.15 Resultats des releves d'attenuation du signal en fon tion du temps de
mesure(heures)etdufa teurd'attenuationenfon tiondu hampele trique (kV/ m) pour un e hantillondu pre-e hantillonneur. . . 139 6.16 Fa teurs d'attenuation et longueurs d'absorption pour le FR4, Prepreg,
G10 et l'epoxyde testes sous irradiations en 1996. . . 141 6.17 Fa teursd'attenuationetlongueursd'absorptionpourlePrepreg, ^ableset
Nid d'abeilles testessous irradiationsen 1997. . . 141
7.1 S hema simpli ede l'ele tronique asso iee ala ellulealpha. . . 147 7.2 Forme du signal alpha ala sortie de la ha^ne preampli ateur- ltre,pour
= 1 (l'argon liquide est pur, la ourbe ontinue) et =2.18 mm (la ourbeen pointillee). . . 148 7.3 Longueurd'absorptionenfon tiondu hampele triquepourletestd'irradiation
du FR4 ouvert en prepreg. . . 149
7.4 S hemasimpli edel'ele troniquedele tureasso ieeau alorimetreele tromagnetique.150 7.5 Forme du signal a la sortie du ltre pour =1 (la ourbe ontinue) et
=2.18 mm(la ourbe en pointillee). . . 151 7.6 Fa teur d'attenuation du signal en fon tion de la longueur d'absorption
ave t d =460(150) ns, 0T =22 ns, sh =16(145) ns, g=2.1 mm (d=0.7 mm)
pour le alorimetreele tromagnetique,la ourbe ontinue(la ellulealpha, la ourbe en pointillee).. . . 152 7.7 Temps de montee (0-100%) t
p
du signal du alorimetreele tromagnetique en fon tion de la longueur d'absorption. t
d =460 ns, 0T =22 ns, sh =16 ns, g=2.1 mm.. . . 153
2.1 Prin ipales ara teristiques du LHC[5, 6℄. . . 21
2.2 Evolution de la luminositedu LHC ave les annees d'operation. . . 22
2.3 Performan es attendues des alorimetresd'ATLAS. . . 31
2.4 Prin ipales ara teristiquesdes alorimetresele tromagnetiqueethadronique du dete teur ATLAS [12℄. . . 34
2.5 Dosesannuelles maximaleset uen es neutroniques (E>100keV) dans les di erentes parties du dete teur ATLAS [9℄. . . 39
3.1 Prin ipales proprietes de l'argon liquide. . . 47
3.2 Prin ipales ara teristiques des di erents modules du pre-e hantillonneur. . 61
3.3 Les valeurs de l'epaisseur moyenne (m) des anodes et des athodes de taille1, 2 et3, aux di erentes positions ave les erreurs de la distribution orrespondante. . . 65
3.4 Valeurs de l'epaisseur moyenne pour lesanodes etles athodes de taille1, 2 et 3. Les anodes devront avoir une epaisseur dans l'intervalle 300 m -370 m. Leserreurs presentees sont les erreursstatistiques. . . 65
3.5 Valeurs des longueurs moyennespour lesanodes de taille1,2et 3. Toutes leslongueurs sont donnees en m. . . 67
3.6 Valeurs des largeurs moyennes pour les anodes et les athodes de taille 1, 2et 3. Toutes les largeurssont donnees en m. . . 67
3.7 Releve des ourants de fuite. . . 70
4.1 Cara teristiques du premier y lotron. . . 74
4.2 Cara teristiques du deuxieme y lotron. . . 75
4.3 Se tioneÆ a e moyenne de 58 Ni(n,p) 58 Co. . . 85
4.4 Fa teurequivalent M en fon tion de . . . 90
5.1 Materiaux testessous irradiation. . . 95 5.2 Dimensionsdesmateriauxirradiesaupresde SARAet uen e neutronique
(n. m 2
5.3 Energiesdes alphad'unesour eAm-241 etprobablitesdetransition orre-spondantes. . . 107
6.1 Doses des gaz d'oxygene etd'azote ajoutees al'argon liquide pur. . . 119 6.2 Attenuation du signal (%) pour les di erentes doses d'oxygene et d'azote
en ppm,ajoutees a l'argonliquide pur. . . 122 6.3 Resultats d'analyses hromatographiques de l'argon liquide apres
irradia-tion du FR4. . . 127 6.4 Resultats d'analyses hromatographiques de l'argon liquide apres
irradia-tion de prepreg. . . 130 6.5 Resume des resultats des tests d'irradiation. . . 143
7.1 Comparaison entre les dimensions des materiaux testes a SARA et eux d'ATLAS. Le volume d'argon liquide dans le tonnneau du alorimetre
ele tromagnetique est de 45m 3
. . . 145 7.2 Comparaison des attenuations experimentales et extrapolees du signal
al-pha pour quelques tests d'irradiations. . . 149 7.3 Longueurs d'absorption et attenuations du signal pour la ellule alpha et
pour le alorimetreele tromagnetique,a 1 kV/mm. . . 152 7.4 Perte du signal attendue du alorimetre du dete teur ATLAS, introduite
par une seule sour e de pollution. . . 154
A.1 Resume des mesures de harges relatives Q 0
(l'argon liquide est pur), Q (3.4 ppmd'oxygene dansl'argon),fa teur d'attenuationdu signalQ/Q
0 et la longueur d'absorption ( m), en fon tiondu hampele triqueE. . . 163 A.2 Resume des mesures de harges relatives Q
0
(l'argon liquide est pur), Q (6.8 ppmd'oxygene dansl'argon),fa teur d'attenuationdu signalQ/Q
0 et la longueur d'absorption ( m), en fon tiondu hampele triqueE. . . 164 A.3 Resume des mesures de harges relatives Q
0
(l'argon liquide est pur), Q (100 ppm d'azote dans l'argon), fa teur d'attenuation du signal Q/Q
0 et la longueur d'absorption ( m), en fon tiondu hampele triqueE. . . 164 A.4 Resume des mesures de harges relatives Q
0
(l'argon liquide est pur), Q (200 ppm d'azote dans l'argon), fa teur d'attenuation du signal Q/Q
0 et la longueur d'absorption ( m), en fon tiondu hampele triqueE. . . 165 A.5 Resume des mesures de harges relatives Q
0
(l'argon liquide est pur), Q (300 ppm d'azote dans l'argon), fa teur d'attenuation du signal Q/Q
0 et la longueur d'absorption ( m), en fon tiondu hampele triqueE. . . 165 A.6 Resume des mesures de harges relatives Q
0
(l'argon liquide est pur), Q (400 ppm d'azote dans l'argon), fa teur d'attenuation du signal Q/Q
0 et
0
(apres irradiation de 29 plaques de prepreg immerge dans l'argon), fa -teur d'attenuation du signal Q/Q
0
et lalongueur d'absorption ( m), en fon tiondu hampele triqueE. . . 166 A.8 Resume des mesures de harges relatives Q
0
(l'argon liquide est pur), Q (apresirradiationdel'epoxydeimmergedansl'argon),fa teurd'attenuation du signal Q/Q
0
et lalongueur d'absorption ( m), en fon tion du hamp ele triqueE. . . 167
Introdu tion
Depuis les annees inquante, les a elerateurs ont onnu un developpement tres impor-tant et leurs appli ations tou hent a tuellement divers domaines, tels que, la physique nu leaire,la mede ine, la physiquedes parti ules, laphysique des materiaux, l'industrie, et .
LeCentre EuropeendeRe her he Nu leaire(CERN)aGeneneenSuisse,est onsidere omme l'un des plus grands sites d'a elerateurs de hautesenergies au monde. Le om-plexe d'a elerateursetde dete teurs lesplus performantsdontildispose, repondentaux exigen es de la re her he fondamentale sur les onstituantselementaires de lamatiereet leurs intera tions ainsi qu'a de nombreux programmes Re her he & Developpement. La physique des parti ules, onnue aussi sous le nom de physique des hautes energies, exige des energies superieures au GeV; es energies sont ne essaires pour la produ tion et la de ouverte d'un nombre suÆsamment important de parti ules elementaires ainsi que la onnaissan e de la matiere jusqu'a une distan e de l'ordre de 10
18
m. L'a eleration des parti ules a des energies de plus en pluselevees permet de de ouvrir d'autres parti -ules, leur nombre n'a esse d'augmenter e qui a onduitaudeveloppement de nombreux modeles physiques pour leur lassi ation etla omprehension de leurs intera tions.
Le modele de Glashow, Salam et Weinberg [1, 2, 3℄ a ete propose en 1967 sous le nom du Modele Standard (MS), pour expliquer les phenomenes onnus en physique des parti ules elementaires. Ce modeleest onstruit a partir des fermions elementaires, lep-tons et quarks, et de leurs intera tions, il se base a la fois sur la theorie ele trofaibleet la hromodynamique quantique. Ce modele a pour obje tif de de rire la stru ture et le omportement de la matiere et d'uni er les for es faible et ele tromagnetique, dans un groupe de jauge lo alSU(2)
L
U(1)
Y
. Cette symetriepermetde de rire lesintera tions ele trofaibles des leptons etdes quarks. L'ensemble des symetries du MS est: SU(3)
C SU(2) T U(1) Y
le Modele Standard. Cependant, d'autres modeles tel que le modele super-symetrique tentent de de rire lesquatres for es fondamentales.
Le me anisme par lequel les parti ules W
et Z 0
a quierent leur masse s'appelle le me anisme de Higgs. Ce me anisme fait usage de la brisure spontanee de la symetrie SU(2) T W U(1) Y en U(1) Q
. Cette brisure de symetrie fait appara^tre une nouvelle par-ti ule dans le modele, la parti ule de Higgs, formant l'element de base qui sous-tend les bosonsde spin unite(photon, W etZ
0
). LeHiggsest un boson de spin0 (bosons alaire) du MS et se ouple ave toutes les autres parti ules du modele. Il peut se desintegrer tant en quarksqu'en leptonsouen bosons. Le ModeleStandardest jugepar son pouvoir predi tif ainsi que son su es des riptif. Le Modele Standard ontient 21 parametres li-bres: les masses des quarks, des leptons,les onstantes de ouplages, et , qui ne peuvent ^
etre al ulesetdoiventdon ^etre mesures.
Plusieurspredi tionsduModeleStandardontet etesteesdansdenombreusesexperien es. Parmi ses plus grands su es: la mise en eviden e des ourants neutres de la theorie
ele trofaibleauCERN en 1973; lade ouverte du quatrieme quarklourd harme en 1974; lade ouverte desbosonsW ,W
+ ,Z
0
,en 1983 aupresdu ollisionneurproton-antiproton SPS auCERN; la on rmationde l'existen e de trois types de neutrinos par le ollision-neur ele tron-positron(LEP) au CERN et nalement l'observation du quark top aupres du ollisionneurproton-antiprotonTeVatron auLaboratoireFermi en 1994.
LeLEPest leplusgranddesa elerateurs a tuelsauCERN. Lesfais eaux d'ele trons et de positrons ont une energie de 45 GeV/
2
ha un, n'ont pas pu mettre en eviden e l'existen e du boson Higgs. Les enegies de l'ordre du TeV ont ete retenues pour une nouvelle ma hine : le grand ollisionneur de hadrons (LHC: Large Hadron Collider)qui ouvrira toute la zone d'energie dans laquelle le boson de Higgs pourrait ^etre ree. Le LHC permettra egalement d'etudier le quark top et les theories de grande uni ation et supersymetrie.
L'entree en servi e du Large Hadron Collider (LHC) et du dete teur ATLAS au CERN au debut du sie le pro hain (2005) permettra de veri er ertaines predi tionsdu modele standard de Weinberg Salam et Glashow et de s ruter de nouveaux horizons en physiquedeshautesenergies. L'undesprin ipauxobje tifsde e programmedere her he planetaireest lare her he du boson de Higgs predit par leModele Standard et quireste en ore sans on rmationexperimentale. Ces obje tifs serontatteintsgr^a e aux ollisions frontales de deux fais eaux de proton-proton d'energie 7 TeV ha un. La luminosite prevue est de 10 34 m 2 s 1
et la frequen e d'intera tions est de l'ordre de 1.2 10 9
inter-13
10 15
neutrons m 2
)et gammasassez importantes qui peuvent endommagerleselements passifstelsquelesmateriauxde onstru tionetleselementsa tifstellequel'ele tronique de traitement etde le turedes signaux.
L'experien e ATLAS dont la phase de onstru tion du dete teur est bien avan ee disposera d'un alorimetre ele tromagnetique a argon liquide assez performant pour la dete tion des anaux de desintegration photoniques et leptoniques du boson de Higgs. Cette phase de onstru tion a ete pre edee d'une phase de Re her he &Developpement au sein de la ollaboration R&D 3 du CERN, pour la on eption et la realisation de prototypesdesdi erentsdete teurs d'ATLAS dontle alorimetreele tromagnetique. Ces prototypes ont ete testes aupres des a elerateurs du CERN. Le hoix de haque te h-nologiepour la onstru tion devaitsatisfaire un ertain nombre de riteres.
Undesprin ipaux riteresretenuspourlarealisation naledudete teurestsaresistan e aurayonnement neutron sur 10 annees de fon tionnement.
Le travail de re her he presente dans e memoire a ete realise au Laboratoire de Physique Nu leaire et de Physique des Parti ules, a la Fa ulte des S ien es An-Cho k sous la dire tiondu Professeur Abdeslam Hoummada. Depuisl'integration oÆ ielle du Maro a l'experien e ATLAS en Septembre 1996, le groupe de Casablan a parti ipe en ollaborationave l'InstitutRoyalede Te hnologiede Sto kholmetl'Institutdes S ien es Nu leaires de Grenoble, ala onstru tiondu dete teur pre-e hantilloneurquiequipera la fa e avant du alorimetreele tromagnetique. La on eption et larealisation de es deux dete teurs ont ete onduites par la ollaboration au sein du programme Re her he & Developpement N
Æ
3(RD 3) du CERN.
Au sein de ette ollaboration, j'ai parti ipe en 1996 et 1997 aux tests d'irradiation quisesontderoulesaupresduSysteme d'A elerateursRh^ones-Alpes(SARA),ainsiqu'a l'analyse des donnees pour la determinationde la distribution angulairedu ux neutron de la station. Au sein du groupe de Sto kholm j'ai parti ipe a la produ tion de la ver-sion nale des ele trodes qui equiperont les modules du pre-e hantillonneur. La partie prin ipale de ette these est onsa ree ala onstru tiondu dete teur pre-e hantillonneur d'ATLAS etaux tests d'irradiation.
Avant de presenter le travail de re her he que j'ai realise, je presenterai dans le deuxieme hapitre de maniere detaillee le ollisionneur LHC et l'experien e ATLAS. Le troisieme hapitre de rira le alorimetre ele tromagnetique, ainsi que la des ription du prin ipe de mesure de l'energie des parti ules par ionisation de l'argon liquide. La n de
tests de re eption.
Dansles hapitresquisuivent,duquatriemeauseptieme,nousexposeronsletravailde developpementquenousavonsrealiseaupresdelastationd'irradiationneutrondeSARA, en etroite ollaboration ave le groupe ATLAS de l'Institut des S ien es Nu leaires de Grenoble dirigepar JohannCollot.
Danslequatrieme hapitrenousde rivonsla onstru tiondelastationd'irradiation et sa ara terisation omplete. La realisation de e site experimental a permis d'obtenir une uen e neutronique de l'ordre de 2.10
14
neutrons. m 2
en deux jours e qui orrespond a la uen e attendue au bout de dix annees de fon tionnement
du LHC.
Dansle inquieme hapitrenousde rironslamethodedetestdesdi erentse hantillons, le moniteur de purete ainsi que les e ets d'une pollution de l'argon liquide sur le signal.
Dans le sixieme hapitre nous donnons les resultatsdes di erents tests realisessur lesmateriaux onstituantle alorimetreele tromagnetiqueetlepre-e hantillonneur.
Dans le septieme et dernier hapitre nous donnons la methode d'extrapolation de es tests au as du alorimetreele tromagnetique.
Le LHC et le dete teur ATLAS
2.1 Le futur ollisionneur LHC
En De embre 1994, le onseil du CERN (Laboratoire Europeen pour la Physique des Parti ules) aapprouve la onstru tiondu grand ollisionneur des hadrons leLHC(Large Hadron Collider). Lamise en servi e est prevue pour l'an 2005 [4℄.
2.1.1 Des ription
Le LHC est un ollisionneur permettant les ollisions frontales de protons a eleres a 7TeV,donnant uneenergiedans le entre de masse de 14TeV/
2 . Laluminositeprevue est de 10 34 m 2 s 1
etlafrequen e d'intera tion est de l'ordrede 1.210 9
intera tions par se onde. Le LHCest egalement on u pour a elerer des ions lourds tels que des ions de plomba uneenergiedans le entre de masse de l'ordre de 1148 TeV.
Le LHC sera installedans le tunnel du LEP (Large Ele tron-Positron ollider) et al-imente par des sour es de parti ules, des a elerateurs, des inje teurs ave le support d'infrastru tures deja existantes. Le omplexe d'a elerateurs disponiblesau CERN per-met de produire lesfais eaux de protons et de les pre-a elerer avant leur inje tion dans leLHC(voirla gure 2.1). Lesprotonssontd'abord a eleresdans l'a elerateurlineaire Lina jusqu'a 50 MeV pour les envoyer ensuite dans le Booster qui porte leur energie a 1GeV.LesprotonssonttransferesensuitedanslePS(Syn hrotronaProtons)eta eleres jusqu'a 26 GeV et nalement transferes dans le SPS (Super Syn hrotron a Protons) ou ils sont a eleres a une energie de 450 GeV. Le tunnel du LHC d'une ir onferen e de 26.7 kilometres, se ompose de deux anneaux entrela es ave des hamps magnetiques de 8.36 Tesla produits par 1232 aimants de ourbure supra ondu teurs refroidis a 1.9 K par l'helium liquide. Les protons seront inje tes et a umules dans le premier anneau
fais eaux entrent en ollision aux points de roisement des anneaux ave une frequen e de 40MHz,soittoutesles25ns. Laluminositeest proportionnelleaunombre de paquets par fais eau et au nombre de protons par paquet. Le produit de es deux parametres represente l'intensite totaledu fais eau, quiest de 540 mA. Une installation ryogenique et une te hnologie du vide plus avan ees seront egalement ne essaires. Les prin ipaux parametres te hniques du LHCsont resumesdans le tableau2.1.
2.1.2 Performan es
Pour le ollisionneur LHC, l'energie dans le entre de masse et la luminosite sont les deux prin ipaux parametres. La re her he de la physique au-dela du Modele Standard ne essitedetreshautesenergiesetunegrandeluminosite. La inematiquededeuxprotons en ollisionpeut^etre de rite par leur ve teur p
1 =(E 1 ; ! p 1 ) et p 2 =(E 2 ; ! p 2 ), Ei, m i et ! p i sont respe tivement l'energie,lamasse etlemoment du protoni. L'energiedes ollisions est xee par le hamp magnetique. Au entre de masse de la ollision, nous avons:
E m = p s = p (p 1 +p 2 ) 2 = q m 2 1 +m 2 2 +2(E 1 E 2 ! p 1 ! p 2 )
Les masses des protonspeuvent ^etre negligees aux energies attendues a e ollisionneur, ainsi: E m p 4E 1 E 2 Les protonsont la m^eme energie, E
1 =E 2 E fais eau etdon : E m = 2E fais eau
Du faitdu faiblenombre d'intera tions par unite de temps, la duree de l'experien esera allongee; un nombre onsiderable de mesures physiques sera e e tue au ours des 10 a 20 ans de la vie operationnelle du LHC. Le dispositif experimental doit ompletement entourerlazoned'intera tionpourmieux re ueillirlesproduitsdela ollision. Lesquatre points de ollisions frontales sont hoisis ave une grande pre ision. En n, le nombre d'experien es simultanementen ours est limite.
Le se ondparametre fondamental est la luminositeL. Par de nition, 'est le nombre d'intera tions par se onde pour une rea tion donnee. Elle relie le nombre d'evenements n
i
a haque roisement a la se tion eÆ a e totale des ollisions proton-proton i , par la formulesuivante: n i = i L (2.1)
La luminositeinstantanee de lama hine, est de nie par:
L = 1 4 N 2 f tA (2.2)
Figure 2.1: Implantation du LHC auCERN.
Parametre Valeur
Cir onferen e 26.7 km
Champmagnetique 8.4T
Temps de revolution 88.9 s
Energie d'inje tion 450 GeV
Energie en ollision 7TeV
Energie totaledu fais eau 334 MJ
Nombre de tours par se onde 11250
Frequen e du systeme d'a eleration 40MHz
Temps minimalentre haque paquet 25ns
Nombre de paquets de protonspar fais eau 2835
Nombre de protonspar paquet 10
11
Nombre de protonspar fais eau 3.10
14
Intensite du ourantde protons 0.54 A
Rayondu paquet x = y 16m Longueur du paquet z 75mm
Temps de vie du fais eau 22h
Luminositeattendue 10 34 m 2 s 1
OuN est lenombre deprotonspar paquet,fest lefa teurde redu tion lieal'anglede roisement des fais eaux, t est le temps entre deux paquets, A
T
est la surfa e transverse du paquet aupointde ollision.
Les protons des deux fais eaux vont se roiser toutes les 25 ns. A haque roise-ment, un faible nombre d'entre eux va interagir en subissant une ollisionfrontale. Pour
etudierlespro essus physiquesrares, ilfautun grandnombre d'intera tionspar se onde, autrementditune grandeluminosite. Laformule2.2montrequenouspouvonsaugmenter laluminositeendisposantdu plusgrandnombrepossiblede protonsdans haque fais eau (3.10
14
)eten rendantlefais eautresdenseparune diminutiondesase tionA T . Celle- i est proportionnellea x et y
,lese artstypesdes distributionsgaussiennesradialeet ver-ti ale des parti ules du fais eau. Pour ela, des quadrup^oles magnetiques sont installes, fo alisant verti alement, a n de diminuer la valeur de la fon tion d'amplitude verti ale. Laluminositeinstantaneedefon tionnementditehauteluminositeL
0 estde10 34 m 2 s 1 (ou10 7 mb 1 s 1
). LeLHCatteindra etteluminositeapresunpassageparuneluminosite intermediairedite basseluminositede 10
33 m
2 s
1
pendantlestroispremieresannees de fon tionnement. Cetteevolution est representee dans letableau 2.2.
Nombre d'annees de fon tionnement 1a 3 4 5 a10
Luminositeinstantanee ( m 2 s 1 ) 10 33 10 34 10 34 a 2.5 10 34
Luminositeintegree (pb 1 ) 3 10 4 10 5 3 10 5
Tableau2.2: Evolution de la luminositedu LHC ave lesannees d'operation.
2.1.3 La physique au LHC
L'obje tifpremierduLHCestlare her he dubosonHiggs(H)etl'etudedeses proprietes. Ce boson est l'objet de re her hes experimentales (LEP II, TeVatron) qui jusqu'a main-tenantn'ontpas pumettreeneviden eexperimentalementsonexisten e. Lesme anismes de produ tion du boson de Higgs au ollisionneur proton-proton sont la produ tion di-re te, la fusion gluon-gluon ou la fusion intermediaire du gluon. En se basant sur les predi tionsdu ModeleStandard (MS) et en selimitantaudomainede masse superieur a elui du LEP, lefuturLHC reant une energie de plusieursTeV dans le entre de masse, permettra de produire le boson de Higgs. Le LHC sera sensible a d'autres pro essus physiques tels que (voiraussi la gure2.2):
Pour un Higgs de masse dans l'intervalle 80 GeV< m H
<120 GeV, il s'agit d'une desintegrationdansle analH! b
b ,ne essitantainsiunebonne apa ited'etiquetage
est de l'ordre de 30pb. Malheureusement, e mode de desintegrationdu Higgs est noye dans un bruit rendant diÆ ilesa mise en eviden e.
Dans une zone de masses intermediaires 90 GeV< m H
<150 GeV, le mode de desintegration H! est leplus abondant. Le bruit de fond de e analprovient de l'annihilationen 2 de quarks oude gluons (gg ! et qq! ), ainsi que du bremsstrahlung des quarks (gq! q).
Audelade 130GeV,les anauxH !W + W etH !Z 0 Z 0 deviennentdominants, et plus pre isement les desintegrations des Z
0
vers les modes leptoniques, 'est a
dire: H ! Z
0 Z
0
! 4l, ou l est un lepton (ele tron (e) ou muon ()). Plus la luminositeest elevee, plus la probabilite de produ tion du boson de Higgs devient grande. Pour une luminosite integree de 10fb
1
(une annee de fon tionnement du LHCa10 33 m 2 s 1
)lamasseduHiggsadete ter estde 500GeV/ 2
dans e anal, etpour 100 fb
1
(une annee de fon tionnement a10 34 m 2 s 1 ) lamasse du Higgs
adete ter est 800 GeV/ 2
[7℄.
Lafaibleprobabilitede es pro essus lorsdes intera tionsproton-proton imposeun taux d'evenementseleve,autrementditlaluminositelapluseleveepossible. Lase tioneÆ a e totale des intera tions proton-proton est
total e
=110 20 mb, dont 26% sont des olli-sionsinelastiquesqui ne presentent pas un grandinter^etpour laprodu tionde parti ules massives. La gure 2.2 donne l'evolution des se tions eÆ a es de divers pro essus dans lesma hines hadroniques en fon tion de
p
s, eta laluminositeprevue au LHC.
La re her he du boson de Higgs s'e e tuera prin ipalement par la re her he de ses anaux de desintegration photonique et leptonique. Ainsi, les dete teurs fon tionnant aupres du LHC devront ^etre sensibles a es signatures. Plus pre isement ilsdoivent dis-poserd'un alorimetreele tromagnetiquepouvantre onstruireave pre ision esevenements etassurantunebonnedete tiondesphotonsetdesele trons. Cesdete teursdevrontaussi disposer d'un alorimetre hadronique pour la dete tion des hadrons, des jets et la re on-stitutionde l'energie transverse manquante.
LeLHCaborderaaussi d'autresdomainesde re her he ommelaphysiquedes saveurs lourdes, la supersymetrie, et la re her he de nouvelles parti ules telles que les bosons Z
0
etW 0
.
Quatreexperien essontprevues,ATLAS:AToroidalLHCApparatuS,CMS:Compa t MuonSolenoid,ALICE:ALargeIonColliderExperimentetLHC-b,pourequiper ha une unezoned'intera tiondu LHC.Lesdeuxprin ipauxprojetsATLASetCMS fon tionnent
et a la nouvelle physique. La troisieme experien e ALICE basee sur les ollisions entre les ionslourds (Pb-Pb),est prevue dans un deuxieme temps pour laphysique nu leaire a haute energietelle que lare her he du plasmade quarks etgluons (PQG). Laquatrieme experien e LHC-b est onsa ree a l'etude de la violation de CP dans les desintegrations des mesons B.
2.1.4 Les variables inematiques
Dans un ollisionneur proton-proton, la inematique des parti ules produites par les ol-lisions proton-proton est de rite par trois variables prin ipales: l'energie transverse E
T , lapseudo-rapidite,et l'angleazimuthal .
Au LHC, la plupart des parti ules produites dans une ollision p-p restent dans le tubea vide,etpar onsequent il n'est pas possible d'imposer la onservation de l'energie dans le dete teur. Lamesure de l'energietransverse des parti ules donne une ontrainte equivalente.
La pseudo-rapidite est reliee a , l'angle d'emission des parti ules par rapport a l'axe des fais eaux, par:
= ln tan(=2)
A =90
Æ
, ette quantite vaut 0 etdevient in nielorsque tend vers 0.
L'angle azimuthal , est l'anglepar rapport au plan perpendi ulaire aufais eau, xOy.
2.1.5 Les ontraintes imposees par le LHC
Les ontraintes imposees auxdete teurspar leLHC,peuvent^etre resumees dans lestrois points suivants:
AuLHC, ilest prevu 40millionsde roisements de fais eaux par se onde. A haute luminosite,le nombre moyen de roisements des fais eaux de protons produits par des ollisionsinelastiquesnon di ra tives, est de 23 ollisions. Ces evenementssont ditsabiaisminimum,etleurse tioneÆ a e estde l'ordrede70mb. Ils onstituent lesintera tionsparasitesquisesuperposentauxsignauxphysiquesinteressantsdans les dete teurs. Pour minimiser leurs e ets sur la pre ision de dete tion, il faut disposerd'unebonnesegmentationetune negranularite. Ilfautegalementsimuler etetudier lareponse des dete teurs en presen ede es evenements d'empilement.
Le temps entre deux paquets de protons est de 25 ns. Les dete teurs devront^etre suÆsammentrapidesetlessystemesdede len hementdoivent^etretresperformants pour la sele tionet lesto kage des informationsinteressantes.
Lenombre importantde ollisions dans leLHC, produit un grand tauxde diverses radiations qui peuvent endommager divers elements onstituant les milieux a t-ifs et passifs des dete teurs. Les materiaux utilises doivent don supporter un ux de 10 13 a10 15 neutrons/ m 2
, orrespondant aux doses a umulees pendant 10 annees d'operation du LHC [8℄. Ainsi pour un bon fon tionnement, les dete teurs
de l'experien e. Plus dedetailssur leniveauderadiationsdansledete teurATLAS ainsi que lese ets sur les materiaux, les dete teurs etl'ele tronique sonttraitesau paragraphe 2.3.
2.2 Le dete teur ATLAS
2.2.1 But
La onstru tiondudete teurATLASaeteapprouveeen Janvier1996dansle adred'une ollaborationinternationalealaquelleparti ipeleLaboratoiredePhysiqueNu leaireetde Physique des Parti ulesde laFa ultedes S ien es An-Cho k, Casablan a. Conduitepar 1700 Physi iens de ent quarantequatre instituts,l'experien eATLAS est l'unedes deux prin ipales experien es prevues au LHC [9℄. Ce dete teur doit ouvrir un large potentiel physique o ert par e ollisionneur etexplorer une nouvelle physique dans des domaines de re her he assez di erents, tout en travaillant a une forte luminosite de 10
34 m
2 s
1 et dans des ontraintes environnementales assez exigeantes imposees par la physique at-tendues, leste hnologiesutilisees etle o^ut.
Les ontraintes physiques sont resumees dans les trois pointssuivants:
identi er et mesurer l'impulsion des ele trons, des photons et des muons ainsi que leur energie ave une bonne pre ision;
mesurer l'energiedes jets;
realiser des dete teurs hermetiques pour la mesure de l'energie transverse man-quante.
Les deux premiers points indiquent la ne essite d'une bonne alorimetrie possedant une large ouverture geometriqueet une bonne pre ision ethermeti ite. Depuis 1991,la on- eption, l'optimisationetles performan es de e dete teur font l'objet de programme in-tensifsdere her heetdedeveloppement: desetudesdesimulationdespro essusphysiques, des tests de prototypes, et .
2.2.2 Des ription
Le dete teur ATLAS (Figure 2.3) possede une symetrie ylindrique autour de l'axe des fais eaux de protons, de fa on a dete ter la quasi-totalitedes produits de la rea tion. Il a une longueur de 44 metres et un diametre exterieur d'environ22 metres. Le poids est estime a 7000 tonnes. Deux systemes d'aimants equipent e dete teur pour ourber les
ATLAS
S. C. Air Core
Toroids
S. C. Solenoid
Hadron
Calorimeters
Forward
Calorimeters
Muon
Detectors
Inner
Detector
EM Calorimeters
Figure2.3: Ledete teur ATLAS.
est formede plusieurs sous-ensembles de dete teurs s'embo^tantlesuns danslesautreset permettantd'identi eret de mesurer l'energieet ladire tiondes parti ules generees. Du point d'intera tion des protonsvers l'exterieur, ledete teur ATLAS est onstitue:
D'un dete teur interne quidete te lestra es des parti ules issues de larea tion.
Pla ejustederriereledete teur interne,un alorimetreele tromagnetiqueassure la mesurede l'energiedes ele trons etdes photons.
Ensuite,un alorimetre hadronique mesurel'energiedes parti ules ayant une inter-a tion forteave la matiere.
Et en n un spe trometre a muons dont le r^ole est de mesurer independament et ave pre ision laquantitede mouvement des muons.
impliques, seront de rits dans leChapitre 3.
2.2.3 Le dete teur interne
Le dete teur interne d'ATLAS [10℄ a pour fon tions prin ipales la re onstru tion des tra es desparti ules hargees, lamesurede leurimpulsionetl'identi ationdesele trons et des photons a haute luminosite. Pendant les premieres annees de fon tionnement du LHC abasse luminosite,il determinera lapositiondes vertex se ondaires etpermettra la re onstru tion omplete de ertainsmodes de desintegrationdes parti ulesa faibleduree de vie omme les mesons beaux. Ces obje tifs seront atteints a l'aide de deux types de dete teurs: un dete teurde tra es asemi- ondu teurspossedant une granularitetres ne quigarantitunehautepre isionetd'undete teur detra esaradiationde transition,ave un grandnombre de points de mesures moinspre ises.
Le dete teur interne devra:
assurer une bonne dete tion et re onstru tion des parti ules hargees ave un jj< 2:5 etunp
T
>5 GeVave uneeÆ a itesuperieurea95%etmoinsde 1% defausses tra es. Egalement pour la dete tion des tra es hargees de p
T
>20 GeV ave une eÆ a itesuperieurea 90% et un taux d'erreur inferieur a10%.
permettre d'atteindre: ( p T p T <30% pour un muon de p T =500 GeV ajj<2 p T p T <50% pour un muon de p T =500 GeV a2<jj<2:5 (2.3)
atteindre une resolution angulaire:
<2 mrad (2.4)
identi erahauteluminositelesele tronsetlespositronsde p T
superieurea10GeV ave une eÆ a ite superieure a 90% ahaute luminosite,etde p
T
>1 GeV ave une eÆ a itesuperieurea 70% a basse luminosite.
identi er lesgammas de p T
=60 GeVave une eÆ a itesuperieurea 85%.
etiquetterlesjetsdebave uneeÆ a itede 30%etuntauxde reje tion superieura 50(10)pourlesjetsdequarksdesaveursdi erentesde elledubabasseluminosite
La on eption du dete teur interne est basee sur un ompromis entre les performan es physiques souhaitees et les ontraintes imposees par le ollisionneur. La quantite de matiere doit ^etre limitee pour eviter un taux d'intera tions eleve, quirendrait diÆ ile la mesure pre ise des tra es. La distribution de la quantite de matiere, donnee en longueur de radiations X
0
, a une valeur de l'ordre de 2.5 X 0
a =1.4. Il est don important de ontr^oler l'epaisseur de la matiere, en amontdu alorimetreele tromagnetique,traversee par les et les e
. A haute luminosite, ledete teur interne doit s'a ommoder au nom-bre important de parti ules hargees des evenements d'empilement. Le ux important des neutrons dans ettepartie ne essite l'utilisationde nouvelles te hnologiesrendant les dete teurs plus resistants aurayonnement.
Le dete teur interne (Figure 2.4) est ontenu dans un ylindre de 6.90 m de long et 1.15mde rayonexterne, ouvrant undomainede pseudo-rapiditede 2.5. Lesbou hons sont en position perpendi ulaire a l'axe des fais eaux, dans le domaine 1< jj <2.5. Ce dete teur est pla edans un soleno^desupra ondu teur quidelivreun hamp magnetique axialde2Tesla;leslignesde hampssontparallelesauxfais eauxdanslaregionjj<1. Le soleno^deestpla edansle ryostatdelapartietonneaudu alorimetreele tromagnetique.
a) Ledete teur de tra es asemi- ondu teurs
Le dete teur de tra esa semi- ondu teurs est ompose de deux parties:
le dete teur a pixels de sili ium, onstitue de trois ou hes ylindriques, situees a des rayons de 4 m, 11 m et 14 m de l'axe du fais eau, et de 8 disques situes entre les rayons 11 et 20 m, montes autour de l'axe du fais eau et repartis sur la pseudo-rapidite jj<2.5. La premiere ou he ylindrique est onstituee de 12. 10
6 apteurs. Les deux autres ou hes ylindriques et les 8 disques sont onstitues de 12.10
8
apteurs. Lataillede espixelsest50m300m,lesresolutionsenvisagees sont de 14 m dans leplan R- et de 87 m suivant z. Ce dete teur permettra de determinerlapositiondesvertexse ondairesetd'identi erlesquarksbetlesleptons .
ledete teurami ro-pistesensili ium(SCT),utilisedesdete teursdepetites granu-laritessuivantladire tionde . Ce sontquatre ylindressituesades rayons R=30, 35, 45 et 50 m, et 18 disques de semi- ondu teurs. Ces mi ro-pistes orrespon-dent a un nombre de apteurs de 5. 10
6
de taille de 12 m (75 a 112.5 m). Les resolutions envisagees sont de l'ordre de
R =15 a 35 m, R < 1800 m et z
Forward SCT
Barrel SCT
TRT
Pixel Detectors
Figure 2.4: Ledete teur interne.
b)Le dete teur de tra es a radiationde transition
Le dete teur de tra es a radiation de transition (TRT) est installe dans une zone ou la densite des tra es est plus faible. Il est ompose de 64 ou hes de tubes a derive de 4 mm de diametre, et fournit plus de 36 points de traje tographie. Ce dete teur est pla e entre les rayons R=60 m et R=110 m, orientes radialement dans les bou hons; e dete teur mesure le rayonnement de transition produit par le passage des parti ules qui le traversent. Le TRT ontribue a, l'identi ation des ele trons et des positrons par rapportaux jets,la re onnaissan e des paires et ala ren onstru tion des traje toires des parti ules hargees. La resolutiondes pailles
R
est de l'ordre de 170 m.
2.2.4 Les alorimetres
Le systeme alorimetrique d'ATLAS [11, 12,13℄ a pour obje tifs de mesurer l'energie et la dire tion des ele trons, des photons, des hadrons etaussi pour l'energiemanquanteet d'autresparti ulesresultantdesintera tionsfaibles. Le alorimetre ontribueraegalement
al'identi ationdesparti ulesetalaseparationdesele trons,desphotonsviadeshadrons et des jets dans un domaine allantde quelques GeVa quelques TeV.
du boson de Higgs dans les alorimetres sont sa desintegration en quatre leptons ou en deuxphotons. Celane essiteune bonneresolutionenenergie,unebonneresolution angu-laire, une bonne reje tion du bruit de fondsen
0
etune large ouverturedu domainede pseudo-rapidite jj <2.5. Le alorimetre ele tromagnetique doit ^etre nement segmente pourreduirelese etsd'empilementetmieuxidenti erlesparti ulesquiletraversent. Les alorimetresdisposent d'unegrande ouvertureangulaireen pseudo-rapidite(0<jj<5) pour mesurer egalementl'energietransverse manquante.
La gure 2.5 presente une vue du systeme des alorimetres. Ce systeme est ontenu dans un ylindre de 13.35 m de long et de 4.25 m de rayon. Le alorimetre omporte une partie entrale omposee du tonneau, de deux bou hons et d'un alorimetre avant. Un ryostat ylindrique ontient la bobine supra- ondu tri e reant un hamp axial de 2 Tesla, le pre-e hantillonneur puis le alorimetre entral a argon liquide. De haque ^ote, les bou hons ele tromagnetiques et hadroniques ainsi que le alorimetre avant sont disposes dans un m^eme ryostat. La te hnique de alorimetrie a e hantillonnage en ar-gonliquideest hoisiepourle alorimetreele tromagnetiqueetle alorimetrehadronique.
Calorimetreele tromagnetique Calorimetrehadronique
ele tron, positron, gamma jets
Resolutionen energie 10% p E 0:5% E 0:7% 50% p E 3% E 3%
Linearite <0:5% jusqu'a 300 GeV <2% jusqu'a 4TeV
Tableau2.3: Performan es attendues des alorimetres d'ATLAS.
a) Le alorimetreele tromagnetique
Le alorimetre ele tromagnetique est un alorimetre a e hantillonnagedont le milieu a tifest del'argonliquideetl'absorbeurestdu plomb. Ilest onstitued'untonneau entre les rayons R=1.50 m et R=1.97 m, a jj <1.5, et de deux bou hons de rayon interieur 2.08 m, ouvrant un domaine de pseudo-rapidite de 1.375< jj <3.2 sur une profondeur variant de 24 a 26 longueur de radiation. La stru ture geometrique des ele trodes et des absorbeurs est en a ordeon. Cette te hnique est hoisie pour minimiser les angles morts entre les modules et pour assurer une propagation rapide du signal vers les pr e-ampli ateurs,limitantainsi la ontributionde l'empilement du bruit.
Le alorimetreele tromagnetique est pre ede par le pre-e hantillonneurde gerbe a n de orrigerl'e et de lamatiere mortepla ee devant le alorimetreetmaintenirune
ex el-ATLAS
Calorimetry
Calorimeters
Calorimeters
Calorimeters
Calorimeters
Hadronic Tile
EM Accordion
Forward LAr
Hadronic LAr End Cap
Figure 2.5: La alorimetrie ATLAS.
. Le pre-e hantillonneur est pla eentre les rayons R=1.413 met R=1.448m. Il ouvre le domaine de jj <1.5 en pseudo-rapidite, alors que les bou hons ouvrent le domaine 1.5<jj<1.8.
b)Le alorimetre hadronique
Lesfon tions du alorimetrehadronique sont:
l'identi ationet la mesure de l'energieet la dire tion des jets ainsi que la mesure de l'energietransverse manquante.
une ameliorationde la dete tion des muons de 2<p T
<5 GeV.
la ontributional'identi ationdesparti ulesparlamesuredesfuitesdu alorimetre
ele tromagnetique et de l'isolationleptonique.
Le alorimetre hadronique est onstitue d'un alorimetre entral a tuiles et de deux alorimetres bou hons a argon liquide, ouvrant la region jj <4.9. Le alorimetre
l'identi ationdes parti ules etla mesurede l'energiemanquante.
Le alorimetre a tuiles s intillantes utilise une matri e en fer qui sert d'absorbeur et des plaques de s intillateur ommeelements a tifs, ouvrant le domaine0<jj<1.5. La olle tion de la lumiere de es s intillateurs est realisee a l'aide de deux bres optiques quitransmettent lalumiereades photomultipli ateurspla esal'arriere du dete teur; les tuilessont situees dans leplanR- . Le alorimetre est un ylindre onstitued'unepartie entrale de 5.3mde long etde deux partiesde 2.65mde longa l'avant. Lasegmentation en profondeur des se teurs est e e tuee en trois ompartimentsde longueurs respe tives 1.5,4.2et1.9
I
. Lagranularitedesdeuxpremiers ompartimentsest =0:10:1 et =0:20:1 pour le dernier.
Dans la region 1.5< jj<3.1, le alorimetre hadronique est pla e dans le m^eme ryo-statquelesbou honsdu alorimetreele tromagnetique. Dans etteregion,lemilieua tif est l'argon liquide et les absorbeurs sont des plaques de uivre. Le hoix de ette te h-nologiesejusti eparlesexigen esde resistan e auxradiationsetparlebesoind'absorber les gerbes hadroniques. Ce alorimetre est onstitue de deux roues de 16se teurs en . Les plaques de uivre ont une epaisseur de 25 mm pour la premiere roue et de 50 mm pour la se onde. La granularite est de 0:1 0:1 pour jj <2.4 et de 0:20:2 au-dela. Lasegmentation en profondeurs'e e tue al'aidede trois ompartiments,dontdeux sont situes dans la premiere roue, ave des longueurs d'intera tions
I
= 1:5, 2.9 et 5.8, re-spe tivement. L'epaisseur totale des bou hons est d'environ 12
I .
Le alorimetreavant,estsituedansl'intervalle3.1<jj<4.9,danslesm^emes ryostats bou hons. Ce alorimetreest omposedetroisse tionslongitudinalesetutiliseegalement l'argon liquide omme milieu a tif. L'absorbeur de lapremiere se tion longitudinale est ompose de uivre; les deux autres se tions ont leurs absorbeurs omposes d'un alliage de tungstene (materiautres dense). Ce alorimetrea une epaisseur totale de 9
I
et une granularite =0:20:2.
Lesprin ipales ara teristiquesdes alorimetresele tromagnetiqueethadroniquesont indiquees dansle tableau2.4. Le premier ompartiment est l'etage leplus n en
pseudo-Pre-e hantillonneur Tonneau Bou hons
Couverture jj<1.52 1.5<jj<1.8
Segmentation 1 ompartiment 1 ompartiment
Granularite 0:0250:1 0:0250:1
Calorimetre EM Tonneau Bou hons
Couverture jj<1:475 1:375<jj<3:2
Segmentation longitudinale 3 ompartiments 3 ompartiments 1:5 <jj<2:5 2 ompartiments 1:375<jj<1:5 2:5 <jj<3:2 Granularite Compartiment 1 0:0030:1 0:0250:1 1:375<jj<1:5 0:0030:1 1:5<jj<1:8 0:0040:1 1:8<jj<2:0 0:0060:1 2:0<jj<2:5 0:10:1 2:5 <jj<3:2 Compartiment 2 0:0250:025 0:0250:025 1:375<jj<2:5 0:10:1 2:5<jj<3:2 Compartiment 3 0:050:025 0:050:025 1:5 <jj<2:5
Calorimetre HA atuiles Tonneau Extensions
Couverture jj<1:0 0:8 <jj<1:7
Segmentation longitudinale 3 ompartiments 3 ompartiments
Granularite
Compartiment 1et 2 0:10:1 0:10:1
Compartiment 3 0:20:1 0:20:1
Calorimetre HA aargon liquide Bou hons
Couverture 1:5 <jj<3:2
Segmentation longitudinale 3 ompartiments
Granularite
0:10:1 1:5 <jj<2:5 0:20:2 2:5 <jj<3:2
Calorimetre avant Bou hons
Couverture 3:1 <jj<4:9
Segmentation longitudinale 3 ompartiments
Granularite 0:20:2
2.2.5 Le spe trometre a muons
Le spe trometre a muons, presente dans la gure 2.6, est situe immediatement apres le alorimetre hadronique, ouvrant le domainejj <3 en pseudo-rapidite, entre les rayons R=4.5met11m. Ilse omposed'untonneauetdedeuxbou hons. Letonneauestequipe de trois ou hes ylindriques de hambres a muons (environ 850 hambres a muons au total). Dans la region entrale, jj <1.5, nous trouvons les hambres MDT \Monitored Drift Tubes" et dans la region avant, 2< jj <2.7, les hambres CSC \Cathode Strip Chambers".
Le systeme magnetique de e spe trometre est onstitue d'un ensemble d'aimants supra ondu teurs, omposed'unaimanttoro^dal entraletdedeuxaimantstoro^dauxaux deux extremites. L'ensemble des hambres est entoure par 8 bobines supra ondu tri es
a air de 25 m de long ha une, ayant des rayons interne et externe respe tivement de 5 m et 10 m. Le systeme des aimants des bou hons omprend egalement 8 bobines supra ondu tri es,sousformederoued'undiametrede10.70metd'unelongueurde5m. Lavaleurmaximumdu hampmagnetique reeestde4Tesla; e hamptoro^dal ourbeles traje toiresdes muons. Lespe trometreamuonsdoitmesurer ave unegranderesolution l'impulsiondes muons de 5GeV a 1TeV, et e jusqu'aux plus hautes luminosites.
2.2.6 De len hement et a quisition
AhauteluminositeduLHC,ledete teurATLASdoits ruter20 ollisionstoutesles25ns, 'est a dire 1.210
9
intera tions par se onde. Ce grand debit d'entree de 10 6
MBytes par se onde doit ^etre ltre a un nombre d'evenements interessants de maniere a ne garder qu'une quantiteraisonnable d'informationspour l'analyse. Le systeme de de len hement etd'a quisitionest hargede l'identi ationetdelasele tionen lignede esevenements.
Ce systeme est divise en trois niveaux ommeil est s hematise a la gure 2.7:
Lepremierniveau(LVL1)utiliselesdonneesdesdete teursdemuonset alorimetres. Ces evenements sont gardes dans des memoires \pipelines" pendant un temps xe de 2 s (temps de laten e) avant de parvenir a une de ision. A e niveau, le taux d'evenements interessants est reduit de 40 MHz a 100 kHz. Ave des seuils di erents et des riteres d'isolation, lessignatures re her hees sont des muons, des amas alorimetriquesou de l'energiemanquante(E
miss T
).
Lese ondniveau (LVL2)utiliselesdonnees retenues etdoitreduireletauxa1kHz apres un temps d'environ de 10 ms.
un traitement omplementaire. Le temps de laten e est de 1 s et le taux de sortie est de 100 Hz.
ATLAS
Precision chambers
Trigger chambers
Muon Spectrometer
End-cap
toroid
Barrel
coils
LVL2
LVL1
Rate [Hz]
40
×
10
6
10
4
-10
5
CALO MUON TRACKING
Readout / Event Building
10
2
-10
3
pipeline memories
MUX
MUX
MUX
derandomizing buffers
multiplex data
digital buffer memories
10
1
-10
2
~ 2
µ
s
(fixed)
~ 1-10 ms
(variable)
Data Storage
Latency
~1-10 GB/s
~10-100 MB/s
LVL3
processor
farm
Switch-farm interface
2.3 Les radiations au niveau du dete teur ATLAS
Legrandnombrede ollisions,departi ulesemisesetleursintera tionsdansles alorimetres sont la ause d'une grandesour e de radiations. Un grandnombre de parti ules est pro-duitaupointd'intera tionaunefrequen eelevee. Cettesour eva reerunenvironnement radiatif assez severe pour les dete teurs. Les radiationsendommagent les materiaux qui onstituentlesmilieuxa tifsetpassifsdedete tionainsiquel'ele troniquedele turedans lesdi erentes partiesdudete teur ATLAS;ilestdon primordiald'evaluerleurtenue aux radiations.
2.3.1 Niveaux de radiation attendues
Di erentes etudes sont menees dans e domaine. Le ux des parti ules est estime en se basantsur plusieursprogrammesde simulation. Il s'agitde genererdes evenements stan-dardsduLHC(evenementsdebiaisminimum)etdesimulerlesintera tionsdesparti ules produites ave la matiere du dete teur ATLAS. Plusieursdetails sont presentes dans les referen es [9, 14, 16, 17, 18℄. La gure 2.8 presente les niveaux des doses radioa tives umulees par an, a haute luminosite pour le dete teur interne et les alorimetres. Les niveaux de radiationdiminuent en 1/R
2
par rapport al'axe des fais eaux et augmentent ave jj. Les dete teurs et leur ele tronique sont pla es pres du point de ollision des fais eaux, entre quelques dizaines de entimetres et quelques metres. Dans e volume doivent exister des milliers de dete teurs, d'ampli ateurs et de systemes ele troniques, pendant une duree de vie de 10 ans ave une probabilitede rempla ementnulle.
Les neutrons sont produits dans les alorimetres et di usent dans tout le dete teur. Leur energieest d'environ 1MeVetle ux orrespondantest relativementhomogene. Le tableau 2.5 pre ise l'environnement radiatifdans quelques regions du dete teur ATLAS: les doses annuelles etles uen es neutroniques (E
n
>100 keV).
Les materiaux organiques ommeles plastiques etles gaines des ^ables sont sensibles
a des doses umulees deposees par les neutrons et lesparti ules hargees. Lesmateriaux omme les semi- ondu teurs en sili ium, qui onstituent une partie du dete teur interne d'ATLAS, ont leur stru ture ristalline dire tement endommagee par les neutrons. Les e ets des radiationssur les materiaux et les dete teurs vont ^etre dis utes dans les deux
Figure 2.8: Doses annuelles integrees (Gy/an) aux di erentes positions du dete teur ATLAS.
Dete teur Dose (KGyan
1
) Fluen e neutronique (neutron/ m 2 an) Pixel 34 1.610 13 SCT (tonneau) 15 1.010 13 SCT (avant) 10 1.610 13 TRTtonneau 2.5 6.310 12 TRTbou hons 4.7 1.310 13 Calor. EM (tonneau) 0.6 1.510 13
Barreltile alor. 0.020 1.6 10
12 EB tile alor. 0.036 2.010 12 Barrel/EB rak 0.025 1.010 12 Calor. EM (bou hons) 53 4.110 14
Calor. HAD (bou hons) 12 6.110
14
Calor. avant 2300 1.010
16
2.3.2 E ets sur les materiaux
Nous ommen ons d'abord e paragraphepar une introdu tionsur les proprietesde base des materiaux, puis nous developpons les e ets des radiationssur es materiaux.
Engeneral,lesmateriauxsolidesdesignentlesmetaux,les eramiquesetlespolymeres. Unmateriaupolymeriqueapourbaseunpolymereave d'autresadditifs. Unpolymereest une ma romole ule onstituee de larepetitiond'unestru ture de basedite monomere qui determine letype depolymereetdon ses proprietes himiques. Lesproprietesphysiques et me aniques sontautant determinees par son degre de polymerisation,la longueur des ha^nes, la ristalinite,quepar ses elements de base et saformule himique.
Les materiaux polymeriques ontiennentegalementdivers elements qui peuvent modi er leurs proprietesphysi o- himiqueset me aniques, ommelesstabilisateurs, les olorants, les prote tions ontre le feu et les dur isseurs. Les fa teurs himiques ou physiques qui alterentles ha^nespolymeriquesmodi entlesproprietesdumateriau. Parmi esfa teurs, nous itonsl'oxydation,leshautesoubasses temperatures, les ontraintes me aniquesou
ele triques etles radiations ionisantes.
Apres des irradiations suÆsamment longues, la stru ture des polymeres purs peut ^
etre a e tee selon quatre me anismes [19℄: la s ission ou degradation par rupture de la ha^nepolymerique,lareti ulationoulaformationd'unlien himique entre deux ha^nes, l'insaturationparformationd'unedoubleliaisondansla ha^neetlaformationdegazpar rupture etrea tion d'uneterminaison. L'e et de l'irradiationest quanti e en utilisantle fa teur G, qui est le nombre d'evenements pour une absorptiond'energie de 100 eV.
Souvent,des additifset des harges sontajoutesaux polymerespurs, pourdi erentes raisons. Parexempleonajoute, des hargesorganiquesa ertaines resines thermodur iss-ables, des omposesaliphatiques aux resines polysters ouepoxydes pour augmenter leur exibilite, des harges minerales omme les bres de verre pour augmenter la resistan e auxradiations. Lesisolantsde ^ables ontiennentsouvent des harges mineralesanti-feu. Les elements qui ameliorent leplus laresistan e aux radiationssont lesstabilisateurs de type antioxydant [19℄.
Les tests de resistan e me anique aux radiationssont egalement ne essaires. Ils sont faits selon des normes internationales, qui de nissent le type des tests me aniques a ef-fe tuer et les methodes d'evaluation des degradations. Deux tests sont prin ipalement pratiques: le test de tra tionet le test de exion. Les proprietes testees pour la tra tion sont l'elongation a la rupture, la resistan e a la rupture et le module d'elasti ite. Pour le test de exion, les proporietestestees sont laresistan e en exion, la deformationa la
apres irradiation d'un ompose a base d'epoxyde (R 423) et d'un lamine renfor e a la bre de verre (R 525) [20℄. Les gures 2.9 et 2.10 montrent l'evolution des proprietes me aniques(resistan e et deformation)en fon tion de la dose absorbee en MGy.
Ces testsme aniquessontfaitssoitadestemperatures ambiantes soitdans des ondi-tions ryogeniques. En general, laresistan e me aniquedes materiaux (rupture, module de Young, limiteelastique)et leur durete s'ameliorent en abaissant la temperature, mais ertainsmateriaux y sontfragiles.
Au CERN, plusieurs programmes de tests aux radiations ont permis d'evaluer le temps de vie et le omportement me anique des materiaux et des omposants dans l'environnement radiatif des a elerateurs de parti ules a haute energie [20℄, dont la plupart sont a base de polymeres. Souvent, es tests ont ete faits aupres du rea teur nu leaire ASTRA a Seibersdorf en Autri he. Parmi les elements les plus importants et les plus exposes aux radiations dans le LHC, nous trouvons les ele tro-aimants, leurs bobines, les elements d'a elerations, les ^ables ele triques et evidemment les dete teurs installes pour la physique du LHC. Les resultats de di erents tests sont presentes dans lesreferen es [8,14, 15, 21℄.
