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07.05.2018
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Detector Assembly Facility nimmt Betrieb auf

Die Zukunft des Large Hadron Collider LHC am CERN wird gerade bei DESY vorbereitet. In einem zum Reinraum mit Labor umgebauten Forschungsgebäude laufen ab Mai 2018 die Arbeiten zum Bau von zentralen und hochspezialisierten Komponenten für die beiden riesigen Teilchendetektoren ATLAS und CMS am LHC an. In einigen Jahren werden diese Detektoren im wissenschaftlichen Wettstreit nach neuen Teilchen, dunkler Materie und anderen unerforschten Phänomenen suchen. Bei DESY arbeiten die später konkurrierenden Arbeitsgruppen Seite an Seite in Reinraum und Labor.

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In diesem neuen Reinraum bei DESY werden bald Detektoren für den LHC am CERN gebaut. Bild: DESY
Bis vor ein paar Jahren wurden im Gebäude 25c Sychrotronstahlungs-Experimente gemacht; jetzt  erwacht es zu neuem Leben als DESYs Detector Assembly Facility (DAF), in der im Laufe der nächsten Jahre hochpräzise Silizumdetektoren entwickelt und gebaut werden. Im Juni 2016 hatten umfangreiche Umbauarbeiten im Gebäude begonnen, und nach etwas weniger als zwei Jahren Bauzeit geht die neue Facility diese Tage in Betrieb.

Für die nächste Phase des LHC (HL-LHC), die sogenannte Hochluminositätsphase, in der die Datenmenge um ein Vielfaches erhöht werden soll und die ab 2026 beginnt, werden neue, leistungsfähigere Detektoren für die Experimente ATLAS und CMS gebraucht. DESY baut in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern jeweils eine Endkappe der neuen Silizumspurdetektoren. Diese Spurdetektoren sitzen sehr dicht am Kollisionspunkt und müssen eine Menge Teilchen aushalten und aufzeichnen. Mit ihrer Hilfe können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sehr genau bestimmen, wann und wo welche Teilchen durch den Detektor geflogen sind, um herauszufinden, was genau bei der Kollision der Protonenstrahlen passiert ist.  

Bei DESY werden für die Hochluminositätsphase mehrere tausend solcher Silizumdetektor-Module produziert, getestet und anschließend in die mechanische Struktur der Endkappen montiert, bevor sie dann ans CERN geliefert werden, um dort mit dem Rest der Detektoren verbunden und in Betrieb genommen zu werden.

Für die Vorarbeiten und die Produktion der Module mit ihren hochsensiblen Silizum-Streifendetektoren ist eine sehr saubere, staubfreie Umgebung notwendig, weil die Strukturen auf den Sensoren winzig sind  – mit weniger als 100 μm messen sie nicht mal ein zehntel Millimeter  – und schon kleinste Staubpartikel können die Qualität der Produktion gefährden. Aus diesem Grund ist das Kernstück der neuen DAF ein Reinraum der Güteklasse ISO-6, d.h. mit weniger als 35000 Kleinpartikeln pro Kubikmeter.

Neben dem etwa 250 Quadratmeter großen Reinraum im Gebäude 25c gibt es weitere saubere Laborräume für die vorbereitenden Arbeiten und die Lagerung der fertigen Module.

Nach 22-monatiger Umbauphase ist der Reinraum jetzt fertiggestellt und die ersten Geräte sind installiert. Dazu gehört der Dünndrahtbonder für CMS und die Probestation für ATLAS. Weitere Geräte werden in den nächsten Wochen folgen, damit am Ende die ATLAS- und CMS-Gruppen parallel im Reinraum die vorbreitenden Arbeiten für die Produktion der Silizummodule beginnen können.

In der Hochphase der Produktion werden innerhalb von etwa 16 Monaten für die beiden Detektoren zusammen mehr als 3000 Module produziert. Bis zu 20 Personen sind dann mit den verschiedenen Produktionsschritten beschäftigt, von der Eingangskontrolle der Sensoren an den Probestationen über das Kleben der Modul-Komponenten und das Verbinden der elektrischen Kontakte mit 20 μm dünnen Drähten mit dem Dünndrahtbonder, bis zur Endkontrolle und Kalibration der fertigen Module.

Um am Ende die mehr als zwei Meter großen Endkappen, bestückt mit etwa 30 Quadratmeter Siliziumdetektoren, für beide Experimente zu montieren, reicht aber der Platz im Gebäude nicht aus. Deshalb wird zur Zeit eine weiterer Reinraum der Güteklasse ISO-7 in der historischen „Halle 1“ aufgebaut, die dann ab Herbst dieses Jahres die Montage der Endkappen ermöglichen soll. In ihrem ersten Leben war „Halle 1“ die Forschungshalle für DESYs namensgebenden Beschleuniger, das Elektronen-Synchrotron, gewesen.