Dune cdr the Single-Phase Protodune

Chapter 4: Detector Installation
4–121
Figure 4.1: Locations of activities to be performed in the clean room. This figure requires updating.
Note that the PD integration will actually take place in the uppermost location, assigned in the figure to
the CPA and FC assembly/integration. CPA integration will instead take place on a rail perpendicular
to the others (not shown in the drawing), running close by and parallel to the cryostat front face.
ProtoDUNE Single-Phase Technical Design Report

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Chapter 4: Detector Installation
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of the APA. The APA will be positioned and attached to two conveyances installed in EHN1.
Both conveyances will be used to lift the APA from the container, oriented as shown in Figure 4.2
(right), and then rotate it 90
◦
from that orientation, as in the left portion of the figure.
Figure 4.2: The APA with the lifting tooling attached. The left image shows the orientation of the
APA as delivered, the right shows the orientation when it is lowered into the material sas.
Once the APA is removed from the container and properly oriented, the lifting strap and fixtures
will be removed from the lower edge of the APA, the roof hatch on the material sas for the clean
room will be opened, and the APA will be lowered through the hatch. The APA will then be
transferred to a rolling trolley attached to a series of rails, and moved into the clean room via
these rails. These spaces and rails are described in more detail in Chapter 3.
Once in the clean room, the APA will go through a series of acceptance tests for both electrical
integrity and wire tension. It will also be inspected for broken wires or any other damage that
could have resulted from shipment.
4.3
Photon Detection System (PDS)
After this testing is complete, the APA is integrated with the PDS. There are ten PDs per APA,
inserted into alternating sides of the APA frame, five from each direction. This is shown in
Figure 4.3. Once a PD is inserted, it is attached mechanically to the APA frame with fasteners,
a single electronics cable is attached, and strain is relieved. Each PD is tested immediately after
installation to ensure proper operation and to verify the cable readout.
ProtoDUNE Single-Phase Technical Design Report

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Chapter 4: Detector Installation
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Figure 4.3: PDS installation
4.4
Cold Electronics (CE)
Once the PD installation is complete 20 CE units are installed at the top of the APA frame. Each
CE unit consists of an electronics enclosure that contains the TPC read-out electronics inside. Each
unit also includes a bundle of cables that connect the electronics to the outside of the cryostat
via the flange on the feedthrough port. The location of the CE units on the APA is shown in
Figure 4.4. These units will be connected via matching electrical connectors on the FEMB and
the CR board mounted on the APA. There will also be mechanical fasteners to hold the enclosure
to brackets supported by the APA frame.
Figure 4.4: CE installation
After the APA has been fully integrated with the PDS and CE, it will be moved via the rails in
ProtoDUNE Single-Phase Technical Design Report

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Chapter 4: Detector Installation
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the clean room to the integrated cold test stand. This test stand, shown in Figure 4.5, is a large
insulated box that is light-tight for PD testing and has a Faraday shield for CE testing. At the top
of the box is a crossing tube, similar to those in the cryostat, with a ConFlat fitting that accepts
the warm-cold interface flange for the PD and CE cable connections. To prepare for the series of
warm electronics tests, the PD and CE cables will be routed and connected to their flanges, the
APA will be moved inside the test stand box, and the end cap that completes the Faraday cage
will be installed closing the box.
A first set of tests at room temperature will be performed. Once the warm tests are complete,
the inner volume of the box will be purged with dry gas and the volume will be slowly cooled,
using cold nitrogen gas, to a temperature of approximately 100
◦
K. The rate of cooldown must
be less than 10
◦
K/hr, the same foreseen for the cryostat cooldown. The cooldown system is
designed to maintain the inner volume near 100
◦
K for approximately 48 hours. A full set of tests
at a temperature close to operation LAr temperature will be performed for detectors functionality
(APA and PD) and electronic noise assessment. After the cold test procedure is complete and the
detector slowly warmed up back to room temperature, the box is opened, cables are disconnected
and secured and the APA is extracted from the box on the rail system in the clean room.
Figure 4.5: A model of the integrated cold test stand in the ProtoDUNE-SP clean room in EHN1.
The APA is now ready to be moved into the cryostat through the TCO and transferred onto the
appropriate rail in the detector support system. The two anode planes of the TPC (Saleve side
and Jura side) will then be assembled inside the cryostat, each one out three fully tested APAs
mechanically linked together. Signal cables from the TPC read-out electronics boards and from
the PD modules are routed up to the feedthrough flanges on the cryostat top side. The cables
from each of the CE and PDs on the APA are then routed and connected to the final flanges on
the cryostat.
ProtoDUNE Single-Phase Technical Design Report

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