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Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II (15/02/2011), Eric Kajfasz (Pr.)
Aspects de l'utilisation de fluides fluorocarbures saturées dans la physique des hautes énergies
G.D. Hallewell1
(15/02/2011)

Les excellentes propriétés diélectriques des fluides fluorocarbures saturées (" SFCs " ; de forme CnF(2n+2)) on permis leur utilisation comme fluides caloporteurs pour le refroidissement par immersion directe de l'électronique, par exemple, de la série de supercomputers Cray. Ces fluides sont aussi utilisées comme milieu pour le transfert de chaleur dans les processus de soudure " non-contact " en phase vapeur et pour le déverminage des circuits électroniques dans une atmosphère uniforme à température élevée. Leurs grandes transparences aux ultraviolets, leur ininflammabilité et non-toxicité ont aussi permis leur utilisation comme radiateurs pour les détecteurs de rayonnements Tcherenkov ; ces fluides ont aussi servies comme radiateurs liquides et vapeurs dans nombreuses expériences en physique des particules et physique des astroparticules. Les systèmes de circulation des fluides fluorocarbures empruntent souvent des cycles thermodynamiques similaires à ceux qui sont utilisés pour les fluides frigorifiques récemment développées pour remplacer des fluides CFC (chlorofluoro- carbures). Cependant, ces nouveaux fluides sont conçus pour pouvoir se désintégrer facilement sous l'irradiation ultraviolette stratosphérique ; ils ne sont pas résistants aux radiations ionisantes, et ne peuvent donc pas être utilisés pour le refroidissement direct des détecteurs dans un environnement radioactif très important comme, par exemple, dans les expériences auprès du collisionneur LHC au CERN. Les molécules de SFC pures sont par contre extrêmement résistantes aux radiations grâce à la présence de liaisons simples de type C-F. Leur utilisation comme fluides caloporteurs en régime évaporatif a été proposé et développé au CPPM pour le détecteur à pixels de l'expérience ATLAS au LHC. Plus tard, cette technique a été choisie aussi pour tout le trajectographe silicium de l'expérience ATLAS, ainsi que pour les trajectographes silicium des expériences ALICE et TOTEM au LHC. Les expériences ATLAS et CMS utilisent aussi les SFCs comme fluides caloporteurs sous forme liquide. Le régime évaporatif exploite la chaleur latente de vaporisation et permet la circulation d'une masse moins importante de fluide que dans un système fonctionnant sous forme liquide. Grâce à une viscosité moins importante que celles de fluides caloporteurs à base de glycol-eau, une tuyauterie plus légère de diamètre réduit est possible, ce qui diminue - par conséquence - le bilan '%X0' du trajectographe.Une technique ultrasonique pour l'analyse des mélanges de vapeurs SFC a été développée comme alternative à la réfractométrie UV pour les radiateurs Tcherenkov du détecteur SLD-CRID (" Cherenkov Ring Imaging Detector " : détecteur de rayonnement Tcherenkov par focalisation en anneau) à SLAC (Stanford Linear Accelerator Center, Californie, USA) pendant les années 1980. La technique a été utilisée plus récemment dans plusieurs détecteurs de rayonnement Tcherenkov, et a aussi trouvé des applications dans l'industrie pétrolière et dans la fabrication des semiconducteurs par le processus MOCVD (" Metal-Organic Vapour Deposition ; fabrication par la déposition des vapeurs métallo-organiques). Cette technique a aussi démontré une sensibilité suffisante pour être utilisée dans l'analyse des mélanges de gaz utilisés dans l'anesthésie. L'analyse des mélanges de vapeur par ultrasons est aujourd'hui sous évaluation pour le refroidissement du trajectographe ATLAS par mélanges de fluides SFCs. Le travail de l'auteur dans plusieurs domaines d'application des ces fluides versatiles constitue le sujet de ce mémoire.
1 :  CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
Physique/Physique des Hautes Energies - Expérience

Physique/Astrophysique/Cosmologie et astrophysique extra-galactique
Fluides de fluorocarbures – détecteurs de rayonnement – détecteurs au silicium – frigorifiques fluides – trajectographe au silicium ATLAS
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