Los detectores que se usan en ALICE tienen que ser cada más precisos, cada vez más resistentes, pero también más delicados. Además tienen que integrarse con otros detectores y con los sistemas de electrónica y adquisición de datos dentro del experimento ALICE. Normalmente no existen, sino que tienen que ser desarrollados específicamente para cada propósito. Este es un proceso que necesita tiempo; en general, varios años. Por lo tanto es vital para la Red ALICE tener laboratorios donde se desarrolle instrumentación, se diseñen detectores, se construyan prototipos, se puedan probar, descartar, mejorar características. Afortunadamente varios grupos en nuestro país han incursionado con éxito en esta área e incluso empiezan a aplicar las tecnologías desarrolladas a otros campos más allá de la Red ALICE.

Misión:

La misión del laboratorio de detectores en física de Altas Energías es propugnar el desarrollo de una infraestructura científica de primer nivel, así como la formación de recursos humanos de excelencia y de cooperación científica multidisciplinaria en torno a la investigación en problemas de frontera relacionados con la producción y detección de partículas y radiación. Con tal fin se impulsa las actividades de vinculación, divulgación y promoción de la ciencia, en torno a las siguientes líneas temáticas: Física Hadrónica y de iones pesados; Física de Astropartículas y Cosmología; Aceleradores, Detectores de partículas, Radiación, Diseño e Instrumentación de electrónica de altas frecuencias para aplicaciones en Detectores y Técnicas de producción de Modelos en 3D para piezas mecánica precisión especializadas mediante el uso de inyección plástica para las diferentes aplicaciones mecánicas en detectores.

Logros:

Actualmente se ha diseñado y fabricado detectores de partículas de tipo GEM (Gas Electron Multiplication) en CAD (Diseño Asistido por Computadora) y CAM (Diseño asistido por Manufacturación) mediante la utilización de una cadena de producción de tarjetas electrónicas LPKF que actualmente cuenta el laboratorio de detectores. Para la caracterización de este detector se ha utilizado electrónica modular NIM y CAMAC, un preamplificador de Carga y un Osciloscopio MSO 3032 Tektronix para la obtención de curvas de ganancia de diversos detectores GEMs. Se han manufacturado de Detectores GEM utilizando la maquina PROTOMAT. Esta máquina es una impresora de circuitos impresos y de la cual se encarga de hacer los agujeros de diversos diámetros. Este proyecto tiene la finalidad de hacer la detección y estudio de partículas subnucleares, que servirá de apoyo para la generación de detectores mexicanos que se utilizarán en el detector de ALICE en el VHMPID (Very Heigh Momentum Particle Detector). Otro de los logros obtenidos es la caracterización tarjetas multicapa (4capas) diseñada para electrónica rápida asociada al proyecto del Telescopio de BATATA (Burried Array Telescope at Auger) que será instalado en Malargue - Argentina. Para su caracterización se utilizó electrónica modular NIM y Módulo de adquisición CAMAC PCI (serie CC2 -Wiener) con interfaz al Módulo QADC. Una de las adquisiciones que actualmente tiene el laboratorio es la máquina impresora de 3D FORTUS 200mc para el manufacturado de piezas mecánicas especializadas de precisión en 3D necesario para los requerimientos mecánicos en experimentos de física de altas energías.

Diseno y Manufactura

El conjunto de técnicas en CAD y CAM, diseño asistido por computadora, han experimentado un notable progreso en los últimos años, hasta el punto que pueden considerarse suficientemente maduras y aplicarse en forma rentable a lo largo de todo el proceso de diseño y fabricación de un producto. De hecho, cuando las técnicas en CAD y CAM se contemplaban de forma global e integrada, el proceso se vuelve verdaderamente efectivo. Las diversas técnicas existentes en el Laboratorio de Detectores se basan en un esquema de desarrollo completo de un producto, desde la idea inicial hasta la disponibilidad rápida de un prototipo físico a través de dos líneas de Producción de Tarjetas electrónicas LPKF y de piezas mecánicas en una impresora 3D y Centro de maquinado de 4 ejes.

Línea de producción de tarjetas LPKF

Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM en electrónica para la construcción de PCB’s incluyen:

• Librerías de componentes normalizados.
• Diseño de placas de circuito impreso.
• Análisis, verificación y simulación de los diseños.
• Programación de control numérico para el mecanizado o montaje de placas.

Equipo:

Cadena de producción de tarjetas electrónicas LPKF. El sistema consiste de las siguientes unidades:

– Protomat S42 LPKF es una máquina que plotea el archivo GERBER File de la tarjeta electrónica sobre placas fenólicas de cobre en doble cara.

– Protoplace LPKF es una máquina que coloca encapsulados electrónicos SOIC, SON, SOP, MSOP, HLQFP, SSOP, SOT89, STSSOP, VSOP mediante el uso neumático y mecatrónico.

– Protoplace BGA es una máquina que coloca y retira encapsulados electrónicos BGA.

– ZelPrint LPKF es una máquina cuya función es producir un estampado de mascarillas antisoldantes y tintas para títulos de componentes electrónicos mediante el uso de la técnica de serigrafía.

– MulPress LPKF es una m´aquina que utiliza una técnica neumática para contraer las placas fenólicas de cobre que posteriormente se convertir´a en una tarjeta multicapa (4capas).

– Contac RS LPKF es una máquina que mediante el uso de una mezcla química produce la conducción metálica entre los agujeros de las diferentes interfaces de la tarjeta electrónica ( 2 y 4 capas).

– Protoflow PKF es una máquina que mediante la regulación digital controla la temperatura para la mejor adhesión de los elementos electrónicos y secado del barniz protector en las tarjetas electrónicas en un rango de 10C a 320C.

Línea de producción de piezas mecánicas. Es el campo donde más uso se ha hecho y sobre todo por la industria automovil´?stica y aeroespacial. Las aplicaciones más habituales del CAD/CAM en mecánica incluyen:

– Librerías de piezas mecánicas normalizadas.
– Modelado con NURBS y sólidos paramétricos
– Modelado y simulación de moldes.
– Análisis por elementos finitos.
– Fabricación rápida de prototipos.
– Generación y simulación de programas de control numérico.
– Generación y simulación de programación de robots para CNC.
– Planificación de procesos.
– Traductores de formatos neutros (IGES, STEP).

Cadena de producción de piezas mecánicas. Producción técnica de Modelos en 3D Manufacturados. El sistema consiste de las siguientes unidades:

– Impresora de 3D FORTUS 200mc para la manufacturación de piezas mecánicas especializadas de precisión necesarias para experimentos de física de altas energías.

El diseño de piezas es similar al diseño de tarjetas electrónicas, es decir, utiliza un software llamado SOLIWORKS para el diseño de piezas en 3D la cual produce un CAM y CAD. La impresora modelo FORTUS 200mc construye piezas en plástico ABSPLUS con una resolución de 0.007pul - 0.010pul.

– Estación para remover material soporte. Este equipo utiliza líquido químico que al combinarse con agua jabonosa el soporte soluble se disuelve, lo cual favorece a que obtengamos un prototipo de una manera fácil, rápida y sobre todo seguro de que no se dañe o quiebre.

– Una pieza importante y elemental fue la adquisición de un centro de maquinado Bridgeport GX VMC HARDINGE con cuatro ejes de posicionamiento, éste equipo cumple con las certificaciones ISO 9001;2008 y AS9100 usados en la industria aeroespacial, automotriz, mecatrónica, médica, óptica, entre otras. En el Instituto de Ciencias Nucleares está siendo empleado para la manufactura de piezas mecánicas especializadas de precisión necesarias para el área experimental del Laboratorio de Detectores.

Instrumentación Electrónica El equipo electrónico para trabajar con instrumentación electrónica en el Laboratorio de Detectores, se enlista a continuación:

Equipo Tektronix
– Osciloscopio 7154-1GHz.
– Osciloscopio 2024C-200Hz.
– Osciloscopio 3032-300MHz.
– Osciloscopio 3014-100MHz.
– Generador de funciones AFG 3252-240MHz.
– Fuente de voltaje - 3 salidas independientes de 3A c/u.

Equipo Agilent
– Analizador Lógico 16822A.

 

Equipo de Potencia
– Fuente de voltaje ARRAY 3631 de 3 salidas independientes 3A c/u.
– Fuente de voltaje INSTEK GPS 3303 de 3 salidas independientes 3A c/u.

Equipo CAEN
– Power supply 4 channel 6KV-N472.
– Universal multichannel power supply system - SY 2527.
– Universal multichannel power supply system - SY 3527.
– 12 channel HV power supply boards - A173X POS.
– 12 channel HV power supply boards - A173X NEG.
– NIM linear power supply - N8315.
– NIM-TTL-NIM adapter N89.
– Dual time N93BD.
– Dual delay units N108.
– Single delay units N108
– Quad linear fan in fan out N401.
– Triple 4-fold logic unit/majority with veto N405.
– 8/16 channel leading edge discriminator N841.
– Changer sensitive pre-amplifier.
– CAMAC to NIM power adapter.
– CAMAC 16 channel scaler.
– CAMAC 8 channel peak sensing ADC.

Equipo WIENER
– NIM serie 6000 Chassis/UEL 6020.
– CERN/CE CAMAC CRATE 7U.
– 6U VME64X 195-X mini crate serie.
– WIENER NIM crate - UEN 03 bin.
– WIENER NIM minicrate CAMAC SCSIC 10 slots.
– PCO to CAMAC system-CC32, PCIADA.
– CC-USB CAMAC controller with USB interface.

Equipo FLUKE
– Multímetro serie 179.
– Multímetro de banco serie 8846.
– Multímetro serie 289.

Equipo ISEG
– Fuente de poder HPp80356 8kV/36mA.
– Fuente de poder t2dp030 405 2kV/4mA.

Equipo WELLER
– Estación de soldar serie 1500.

Equipo ESTEREOMICROSCOPIO
– National Estereomicroscopio.

Equipo de Gases
– Flujómetro de presión 2053022-01-000 CONCOA.
– Manometros de presión 2053022-01-000 CONCOA.

Equipo de Optica
– Espectrómetro HR 2000 + con modulo y software.

Equipo de Computo
– 10 equipos de computo DELL, HP para diseño electrónico y adquisición de datos.

Contacto:

Dr. Guy Paic (guypaic@nucleares.unam.mx)
Laboratorio de Detectores
Instituto de Ciencias Nucelares
Universidad Nacional Autónoma de México
Av. Universidad No. 3000 04510, México D.F., México