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ATLAS硅径迹探测器升级模块样机预制完成

大型强子对撞机 硅探测器 同步加速器 抗辐照
发布:2021-01-21 10:02:25     来源:中科院高能物理研究所

近日,中科院高能所与清华大学团队合作参加的ATLAS硅径迹探测器升级项目,完成了ATLAS短硅微条模块(Short Strip Module)样机试制。短硅模块样机在通过各项电子学测试后,已运往英国卢瑟福实验室进行联调测试,验证桶部关键系统设计。

为应对高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)升级,ATLAS合作组采用领域内最前沿的硅探测器和读出电子学技术,建造全硅径迹探测器(Inner Tracker,简称ITk)替代现有径迹室,提高带电粒子径迹探测性能。高能所与清华大学团队合作参与外层径迹探测器(ITk-Strip)项目,承担建造1,000个高性能硅探测器模块,硅覆盖面积约10平方米,约占桶部总面积10%,为国内首次承担此类大面积抗辐照硅径迹探测器项目。

此次试制的ATLAS硅径迹探测器模块由短硅微条传感器(Short Strip Sensor)、前端读出芯片(ABCStar)、电源控制板等构成。短硅微条传感器长9.76 厘米,宽9.80厘米,条间距75.5微米,总通道数超过5,000道。前端ABCStar芯片256通道0/1读出,模块搭载20个ABCStar芯片,每个芯片通过四层高密度25微米直径的铝线与传感器引线键合连通。试制过程中模块组件位置严格控制,定位精度满足设计要求。电子学测试结果表明,芯片连通传感器前后噪声水平符合指标要求,引线键合后通道有效率高于99.5%。

高能所与清华大学团队广泛参与国际合作。与欧洲核子中心、美国宾夕法尼亚大学等单位合作开展抗辐照ABCStar芯片的设计,完成多个数字功能模块的设计与验证工作,样片符合指标要求。与英国卢瑟福实验室等单位开展深入合作,通过多轮预制确立硅探测器模块建造工艺步骤,实现精准质量控制。此外,利用德国电子同步加速器研究所束流试验设施,高能所完成了硅探测器模块样机高剂量辐照前后的空间分辨率、探测效率等关键指标的标定工作。此次模块样机试制成功后,团队将全力准备即将开始的生产点审核,通过后开始预生产,计划2021年完成50个全功能硅探测器模块。后续将完成批量生产,并参与硅径迹探测器在欧洲核子中心的在点集成、安装、调试及运行。

本项目受到科技部重点研发计划、基金委国际合作研究项目、清华大学、核探测与核电子学国家重点实验室等经费支持。



 

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