La structure mécanique et le système de refroidissement

La structure du SSD, tel qu'il sera inséré dans STAR, est composée d'un ensemble de 20 échelles disposées de façon à former un cylindre situé à un rayon de 23 cm du point d'interaction. Comme nous pouvons le voir sur la vue en coupe représentée sur la figure 1.6, les échelles sont inclinées d'un angle de 5$^{0}$ par rapport à un axe joignant le centre du référentiel de STAR au centre du détecteur, dans le plan transverse au faisceau. Les échelles ont une section triangulaire afin de minimiser les déformations induites par le poids des détecteurs, de l'électronique de lecture et des câbles de connexion.

Figure 1.6: Vue en coupe du SSD.

Comme illustré par la figure 1.7, chaque échelle comporte 16 modules de détection et leur électronique de lecture associée. Les modules sont collés sur la surface interne de la structure de support. Les cartes de connexion et de transmission vers l'acquisition de données sont placées aux extrémités et sur les faces des échelles.

Figure 1.7: Dessin mécanique d'une échelle.

Les extrémités des échelles sont fixées sur des anneaux qui eux-mêmes sont connectés aux cônes qui supportent les SSD, le SVT et le tube du faisceau.

Les détecteurs ainsi que l'électronique présente sur les échelles sont refroidis par un système d'aspiration d'air. La puissance à dissiper est de l'ordre de 15 W par échelle (8W pour les modules et 2*3.5W pour les cartes de connexion les cartes ADC). Le flux d'air est guidé à l'entrée et à la sortie des échelles de support, qui sont recouvertes d'un film de kapton afin de canaliser le mouvement de l'air. Les puces sont orientées vers l'exterieur du module afin d'optimiser leur refroidissement. Des tests ont été effectués en laboratoire afin de valider ce choix de refroidissement. Un flux d'air de l'ordre de 1 litre/sec permet de maintenir une température inférieure à 30$^{0}C$ sur les hybrides avec une dispersion de 1.5$^{0}C$ entre les premiers modules et les derniers et une température inférieure à 40$^{0}C$ sur les cartes d'électronique situées aux extrémités des échelles. La différence de température de l'air entre l'entrée et la sortie est de l'ordre de 7 à 8$^{0}C$.

Cette méthode de refroidissement par l'air présente plusieurs avantages:

Minimisation de la longueur de radiation. En effet, il n'y a plus besoin de système de circulation du fluide réfrigérant. L'air a également une longueur de radiation plus faible que l'eau.

Design simplifié par rapport à un refroidissement classique à eau.

Pas de risque de fuite d'eau sur les détecteurs ou l'électronique.

Le coût d'un refroidissement à air est a priori plus faible.