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Fachbereich Werkstatt

Der Fachbereich Werkstatt entwickelt und baut in Zusammenarbeit mit verschiedenen Forschungsgruppen die mechanischen Komponenten von Experimenten, Testständen, Werkzeugen für den Detektorbau sowie speziellen Apparaturen. Die Schwerpunkte liegen dabei auf Konstruktion, Simulation, Fertigung sowie Aufbau und Inbetriebnahme von Apparaturen.

Der typische Ablauf einer Aufgabe erfordert mehrere Iterationen mit den Auftraggebern, denn zu Beginn sind oft noch etliche Fragen offen, die sich erst im Laufe des Projekts klären. Aus diesem Grund wäre es sehr schwierig, diese Aufgaben an externe Firmen auszulagern.

Im Folgenden sind einige Beispiele von Arbeiten für aktuelle Projekte angeführt.

 


Belle II: Mechanisches Design des Silizium-Vertex-Detektors

Das HEPHY ist federführend am Silizium-Vertex-Detektor (SVD) des Belle II-Experiments beteiligt und dort unter anderem für das mechanische Design sowie die Kühlung des Detektors zuständig. Dementsprechend wurde der komplette Detektor in 3D konstruiert, parametrisiert und unter Berücksichtigung der Anforderungen seitens der Physik optimiert. Spezielle Aspekte wurden auch mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) simuliert und verbessert.


Belle II: Silizium-Vertex-Detektor Ladder Assembly Jigs

Für das Belle II-Experiment wurden in einem Reinraum am HEPHY hochkomplexe Silizium-Vertex-Detektormodule (so genannte „Ladders“) gebaut. Dafür werden etwa 20 verschiedene Aufnahmen benötigt, die eine Genauigkeit von wenigen Tausendstel Millimetern aufweisen müssen, damit die Ladders mit der erforderlichen Präzision zusammengebaut werden können. Sämtliche Aufnahmen wurden in der HEPHY-Werkstatt entworfen und größtenteils auch hier gefertigt – dies war in allen bis auf drei Fällen mit dem vorhandenen Maschinenpark möglich.


Belle II: Silizium-Vertex-Detektor Ladder Mounting

Die Module des Silizium-Vertex-Detektors von Belle II, die von fünf verschiedenen Instituten – darunter das HEPHY – gebaut wurden, werden am KEK (Tsukuba, Japan) unter Mithilfe von HEPHY-Mitarbeitern auf eine Tragestruktur montiert, vermessen und sowohl bei Raumtemperatur als auch mit Kühlung auf rund -10°C elektrisch getestet. Für die Kühlung sorgt das von uns entwickelte CO2-System, das im nächsten Punkt beschrieben wird.


Belle II: CO2-Kühlung

In den letzten Jahren ist in der Teilchenphysik (und auch im kommerziellen Bereich) CO2 als Kühlmittel in Mode gekommen, weil es – im Gegensatz zu früher verwendeten Kältemitteln ungiftig und gleichzeitig hocheffizient ist. Wir haben ein so genanntes offenes CO2-Kühlsystem namens „AC/BC“ entwickelt, das derzeit in Japan für kalte Tests der installierten Silizium-Vertex-Detektor-Ladders verwendet (siehe voriger Punkt) wird.


CMS: Laser Box

Für Silizium-Detektoren haben wir einen Teststand entwickelt, in dem ein gepulster Laserstrahl auf den Probanden geschickt und dessen Reaktion elektronisch ermittelt wird. Alternativ kann auch eine radioaktive Quelle für den Stimulus verwendet werden. Die Box muss dazu völlig lichtdicht sein und den Detektor elektrisch gegenüber äußeren Störeinflüssen abschirmen.


CMS: High Granularity Calorimeter Probe Station

Halbleiter werden typischerweise mit so genannten „Probe Cards“ getestet, wo eine große Anzahl an fix angeordneten, gefederten Nadeln mit den entsprechenden Pads am Probanden ausgerichtet wird und diese dort aufgedrückt werden, um den elektrischen Kontakt herzustellen. Wir sind dabei, eine solche Probe Station für die größten bislang gebauten Halbleiter-Detektoren (auf 8-Zoll-Wafern) aufzubauen.


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