In Amsterdam rollen nu twaalf neutrinodetectorbollen per week van de band

23 juli 2020

Op Sciencepark in Amsterdam is de massaproductie begonnen van detectorbollen voor de KM3NeT neutrinodetector in de Middellandse zee. Nikhef-technici leveren tot twaalf bollen per week af, zegt projectleider Ronald Bruijn van Nikhef.

KM3NeT is een groot internationaal detectorproject dat bij Frankrijk en Italië een woud van honderden lijnen met lichtgevoelige sensoren in de diepzee plaatst. Het geheel vormt een telescoop waarmee bronnen van neutrino’s uit de kosmos kunnen worden bestudeerd en hun fundamentele eigenschappen.

Spoor van lichtflitsjes

Passerende deeltjes veroorzaken sporen van lichtflitsen in het donkere diepzeewater. De detector kan zulke sporen reconstrueren uit de metingen van het driedimensionale netwerk van lichtgevoelige bollen. In totaal bekijkt het netwerk meer dan een kubieke kilometer pikdonker zeewater op twee locaties: Bij Toulon op 1,5 kilometer diep en bij Sardinië 2,5 kilometer diep.

Nikhef is sinds jaren nauw betrokken bij het project en ontwierp een groot deel van de instrumenten, zowel de meetapparatuur als de constructies en datanetwerken. Een handvol KM3NeT-lijnen is de aflopen jaren al geplaatst, en geeft inmiddels ook eerste metingen.

Na de aanloopfase worden nu in hoog tempo meer lijnen gebouwd en geplaatst, is de bedoeling. Dat wordt deels betaald door de Nederlandse wetenschapsfinancier NWO.

Een fabriekje

In de vroegere PiMU-hal op Sciencepark, die ooit een eindstation voor de eigen deeltjesversneller van Nikhef in Amsterdam was, is daartoe dit voorjaar een assemblagelijn ingericht voor de massaproductie van de detectoronderdelen.

Het is de grootste productiecapaciteit in KM3NeT-verband, zegt projectleider Ronald Bruijn van Nikhef. ‘Een beetje een fabriekje.’

‘We beloven acht voltooide en geteste DOM’s per week, maar als alles meezit halen we twaalf’, aldus Bruijn. Bij de productie zijn dagelijks vijf of zes mensen betrokken, onder wie ook studenten en promovendi. Hijzelf werkt al jaren aan de voorbereiding.

DOM’s (Digital Optical Modules) worden in de productiefaciliteit met de hand samengebouwd uit onderdelen die uit de hele wereld zijn aangeleverd. Afgezien van de techniek zelf is het vooral ook de kunst om de boekhouding van alle onderdelen op orde te houden. Bruijn: ‘Alles is genummerd en voorzien van barcodes, om later te weten wat precies waar zit.’

Verrijdbare tafels

Het proces speelt zich af op verrijdbare tafels, die steeds verder door de assemblage worden geschoven. Alles begint met twee halfronde glazen schalen van dik glas, waarin vervolgens in een 3D geprinte kunststof shell 31 lichtgevoelige sensoren (PMT’s) worden geplaatst met verbindingen en elektronica en een naadloze optische hechting met siliconengel.

Uiteindelijk worden de halve bollen op elkaar geplaatst tot een bol met een diameter van 40 centimeter, met één aansluitplug voor alle elektronica en glasvezels. Elke bol wordt in een donkere ruimte getest op eventuele fouten en de eigenschappen doormeten. Iedere bol krijgt een kleine onderdruk om de bolhelften bij elkaar te houden, onder water zal de waterdruk dat doen.

Na de zomer begint in Amsterdam ook de assemblage van de detectorlijnen (DU’s).  Voor het Franse deel, ORCA gedoopt, worden op elke lijn steeds 18 DOM’s op een onderlinge afstand van 9 meter met elkaar verbonden met een oliegevulde navelstreng voor elektriciteit en glasvezels. Ook dat is handwerk.

Tenslotte worden de DU-lijnen in kisten verpakt en afgevoerd naar andere labs in Europa die ze verder gereedmaken voor afzinken op zee. Daar worden de meer dan 200 meter lange bevestigingslijnen, de aansluitbox en het zware anker en een drijver aangebracht.

Speciale afrolspoel

Uiteindelijk wordt elke eenheid vanaf een schip afgezonken naar de diepzee op een speciale afrolspoel, de zogeheten LOM, die daarna weer opstijgt en kan worden hergebruikt. Een onbemande onderzeeër sluit uiteindelijk elke eenheid aan op het KM3NeT-netwerk waarmee de data naar de kust worden gebracht. Eerder bleek al dat het weer de plaatsing op zee behoorlijk parten kan spelen.

Projectcoördinator Aart Heijboer van KM3NeT bij Nikhef zegt te verwachten dat nog dit jaar zeven nieuwe lijnen kunnen worden aangesloten op het ORCA-veld op 1,5 kilometer diepte, 40 kilometer uit de Franse kust bij Toulon. Dat betekent een verdubbeling van de KM3NeT detector, die nu zes lijnen telt. Uiteindelijk moet ORCA 115 lijnen krijgen, en rond 2024 klaar zijn.