Pixel Status Report
Aprile 2006
Chiara Meroni
INFN-Milano
stato della produzione
Attivita’ integrazione e installazioni
Richieste Finanziarie 2006 in corso d’anno
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PIXEL DETECTOR package
Endcone
Pixel Detector Package viene
assemblato sull’ITT ed e’ formato da:
 Beam Pipe
 Barrel Frame
 Half Shells (Layer 1 and Layer 2)
 B-layer half shells
 Disk Sectors
 Service Panels
 Beam Pipe Support Structure (BPSS)
Sectors
Staves
Disk Rings
Barrel Shells
Disk Frame
Barrel Frame
Endplate
Disk Ring Mounts
“PIXEL DETECTOR”
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Bare module prodotti AMS - IZM
Produzione e test dei sensori a Udine
e’ terminata nel 2005
AMS deliveries
1400
1200
moduli
1000
800
delivered
virgin
all accepted
La produzione dei bare modules per
entrambe le ditte procede senza
problemi.
La resa ‘all accepted’ media e’ >90%.
600
400
200
0
ge
n04
ma
r-0
4
ma
g04
lug
-0
4
se
t-0
4
no
v-0
4
ge
n05
ma
r-0
5
ma
g05
lug
-0
5
se
t-0
5
no
v-0
5
ge
n06
2200 moduli previsti per Feb 2006
Fine produzione spares (2500 moduli)
prevista per Aprile 2006
data
IZM deliveries
1200
>2300 moduli prodotti
moduli
1000
800
delivered
virgin
all accepted
600
400
200
lu
g05
se
t-0
5
no
v05
ge
n06
lu
g04
se
t-0
4
no
v04
ge
n05
m
ar
-0
5
m
ag
-0
5
0
ge
n04
m
ar
-0
4
m
ag
-0
4
Milestones soddisfatte 100%
data
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Flex modules yield
 Yield dell’assemblaggio, burn-in e test dei moduli flex e’ confermato ~95%.
 Attualmente sono stati assemblati >2000 moduli
 Genova termina la produzione di 800 moduli a Marzo e si concentra sulla
produzione degli staves. I rimanenti moduli saranno prodotti in Germania, in
laboratori non coinvolti nel loading degli staves
FLEX module production
2500
modules
2000
1500
Bare delivered
Assembled
Tested
1000
500
ge
n04
m
ar
-0
4
m
ag
-0
4
lu
g04
se
t-0
4
no
v04
ge
n05
m
ar
-0
5
m
ag
-0
5
lu
g05
se
t-0
5
no
v05
ge
n06
0
data
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Produzione degli staves
44 staves su 112 erano stati completati ad Agosto 2005
Dopo lo stop della produzione dovuto al problema della
corrosione , sono state individuate 3 linee parallele per
la produzione degli stave:
•Riparazione dei BARE staves
(max 60)
•Riparazione dei LOADED staves (max 26, vedi dopo)
•Produzione nuovi staves
( min 35 )
L’elemento comune e’ la produzione di nuovi tubi e
raccordi per il raffreddamento, anche se in geometrie
diverse.
Le 3 linee sono finalmente entrate tutte in
produzione a meta’ Marzo.
ATLAS ha posticipato l’inserimento del Pixel detector fino
al 7 febbraio 2007 (+4 mesi) permettendoci di
riorganizzare la produzione
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Struttura degli staves
•
Omega
3 layer
Carbon fiber
Thermal
Managment
Tile
CarbonCarbon
Local Support
Peek
Pixel Module
Cables
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Al Tube
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Nuovi tubi raffreddamento (1)
 Per i nuovi staves e per i BARE staves si e’
deciso di produrre dei tubi di Al 3003
geometricamente simile ai precedenti, con
uno strato isolante di parilene e con un
nuovo disegno per i fitting, da saldare a
laser.
 Per garantire la tenuta delle saldature, che
sono su spessori molto sottili, si e’ deciso di
fare un back-filling dei raccordi con una
colla epossidica. Questo nonostante i primi
prototipi fossero stati sottoposti a stress e
non avessero mostrato perdite.
Intensiva serie di test e di
controlli sul primo lotto
Un primo lotto di 50 tubi da cui 14 buoni
e’ stato prodotto a meta’ Dicembre
un secondo lotto di 70 tubi da cui 42 buoni
sono stati prodotti a fine febbraio, hanno
completato la qualifica e sono stati
distribuiti ai siti di produzione degli staves
nelle ultime 2 settimane
W = 110W  0.14 W/mm
un ultimo lotto di 70 tubi e’ stato saldato
la settimana del 20 Marzo
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Nuovi tubi raffreddamento (2)
 Per la riparazione degli staves montati si e’ deciso di produrre dei tubi di Al
3003 geometricamente identici ai precedenti,ma con un ‘raggio’ inferiore di
circa 150 mm e con una anodizzazione hard. Il gap tra i tubi sara’ riempito di
colla tipo Stycast
 I raccordi saranno incollati ad entrambe le estremita’ con una colla epossidica.
 Il processo e’ stato qualificato a LBL
 I prototipi hanno dimostrato che c’e’ isolamento elettrico tra i 2 tubi .
Le proprieta’ termiche di questo
assieme sono state studiate con
diversi circuiti di raffreddamento
(monofase o evaporativo).
A causa del diametro ridotto c’e’ un
aumento di DP, le misure mostrano
che un bi-stave con 1 stave riparato
puo’ ancora essere operativo dopo
anni di irraggiamento in LHC, mentre
2 stave riparati nello stesso bi-stave
sono piu’ critici
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Nuovi tubi raffreddamento (3)
L’assorbimento iniziale di un bi-stave e’ valutato in 140W , una stima
worst-case dopo irraggiamento e’ di 220W (B-layer)
L’esperienza del test beam con un raffreddamento convettivo e’ che moduli
irraggiati diventano termicamente instabili oltre 0 C.
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Nuovi U-link per i bi-staves
 La modifica del disegno dei fitting ha comportato la progettazione di nuovi Ulink per la connessione del bi-stave.
 Il progetto e la realizzazione sono complessi con 5 differenti saldature
(3 laser e 2 elettron-beam)
 I primi prototipi sono stati prodotti a Milano, saldati a NY e testati in Febbraio.
Il procedimento attualmente prevede di realizzare la geometria curvata e poi di
procedere alla saldatura.
I primi pezzi di produzione (5) sono stati qualificati settimana scorsa. 45 U-link
saranno inviati alla saldatura la prossima settimana. Sono parti essenziali per
ricominciare l’integrazione sulle shell.
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U-link pronti per la saldatura
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Ancora corrosione ?
 Sia nei nuovi stave che negli stave riparati a Genova, sono stati osservati dei
corti tra i tubi e il TMT, nonostante la presenza di kapton tra l’omega e il tubo
e la presenza di uno strato di grasso termico tra il tubo e il TMT.
 L’origine dei corti e’ nella creazione di particelle di polvere di carbone
conduttiva durante la lavorazione del TMT o durante l’assemblaggio, che
durante i cicli termici possono perforare lo strato di parylene a causa del
movimento del tubo provocato dal CTE mis-match tra Al del tubo e carboncarbon del TMT/Omega.
Grasso, stave delaminato
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Meccanismo della corrosione
 La corrosione si verifica se:
Tubo Al
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Grasso TMT
Ci sono particelle di carbonio
intrappolate nel grasso per la
conduzione di elettroni
Contemporaneamente c’è una
goccia d’acqua che fa da
elettrolita
Uno ione alluminio va in
soluzione
Al  Al+ + eNell’acqua
Al+ + H20  AlOH + H+
Il carbonio conduce gli elettroni
e sulla sua superficie
2H+ + 2e- H2
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Ancora corrosione ?
 Non abbiamo una soluzione implementabile senza un lungo periodo di R&D e
di qualifica, che renderebbero il rivelatore non installabile.
 Il rischio non e’ elettrico, perche’ le 2 strutture hanno una terra comune, ma
e’ quello di generare corrosione tra omega e il tubo, se in presenza di un
elettrolita
 Dopo lunga discussione si e’ ritenuto di affrontare questo rischio e si e’
deciso di ricominciare la produzione degli staves.
 Il rischio richiede la presenza di 2 fattori concomitanti : la polvere di
carbonio e l’umidita’
 Per eliminare la presenza di condensa, gli staves sono conservati in azoto il
piu’ possibile, cioe’ durante tutte le fasi di trasporto e di storage, sia nei
laboratori che al CERN.
 Attrezzato un armadio apposta in SR building, che e’ un ambiente a T e H
controllata
 In parallelo e’ iniziato uno studio per la valutazione quantitativa di questo
rischio coinvolgendo anche una ditta a Strasburgo. Analisi puntera’ alla
ricerca degli iniziatori della corrosione, piu’ che ad accelerare la corrosione.
Entro un paio di mesi dovremmo avere una miglior comprensione dei rischi.
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Riparazione stave montati
Un nuovo tubo e’ stato infilato in uno
stave di preproduzione e i fitting sono
stati incollati. Lo stave e’ stato poi
testato con successo a Bonn
(<15marzo)
A
1
4
6
oggi 11 stave sono stati inseriti, di cui
danneggiato,
qualificati,
da testare
La velocita’ attesa e’ di 5 stave riparati
ogni 7 gg lavorativi
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Riparazione bare staves
 La procedura consiste nella “delaminazione” controllata dei vecchi staves e
nel successivo reincollaggio delle parti dopo aver inserito il nuovo tubo.
 Genova ha operato la “delaminazione” controllata di 81 staves, di cui 71
sono riutilizzabili (88% eff)
 Con i nuovi tubi sono stati prodotti 39 staves , 17 sono stati montati nei
vari siti e 15 sono al CERN per l’integrazione
Particolare attenzione e’ stata
messa nell’ottimizzare il tempo di
polimerizzazione delle colle , cosi’
da dimezzare il tempo necessario
al loading di uno stave.
Attualmente si puo’
ragionevolmente montare 4 stave
/ 5 giorni. Nella schedula abbiamo
conservativamente previsto 4
stave / 7 giorni, quindi c’e’ qualche
possibilita’ di recupero
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Produzione nuovi staves
 Per integrare il numero degli stave necessari, si e’ comunque resa necessaria
una nuova produzione di staves.
 Il numero minimo di nuovi staves e’ di 35 unita’, ma abbiamo abbastanza
raw materiale per circa 90 staves, perche’ nelle more del processo
decisionale si era deciso di ordinare in ogni caso il materiale di base (CC),
che ha un lungo tempo di consegna.
 La lavorazione del TMT e’ fatta in parallelo a LBL e Wuppertal, mentre gli
omega sono gia’ stati prodotti .
 3 staves di qualifica sono stati realizzati dalla ditta IVW, con ottimi risultati
relativamente alle caratteristiche geometriche e termiche.
 2 stave di produzione sono in fase di qualifica e dovrebbero arrivare al CERN
la prossima settimana per l’integrazione.
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Integrazione in SR1
 In conclusione abbiamo a disposizione staves provenenienti da 3 diversi
schemi di produzione: BARE rilavorati, LOADED riparati e nuovi
 La linea di produzione dei BARE rilavorati e’ quella ripartita prima , 15 stave
montati gia qualificati
 I LOADED riparati possono essere utilizzati al meglio se posizionati sul layer 2,
poiche’ sono esposti a una dose di radiazione minore , i sensori sono meno
danneggiati e possono ancora essere efficacemente raffreddati
 Inoltre i Loaded dovrebbero essere sempre montati insieme a uno stave nonmodificato
 I tempi di integrazione si sono ulteriormente compressi per cui e’
indispensabile parallelizzare il lavoro di montaggio sulle half-shell
 Gli staves , che sono geometricamente identici, acquistano una identita’
definita di appartenenza a un layer nel momento del cablaggio
 L’integrazione delle half shell su ITT inizia dal Layer piu’ esterno
 La strategia scelta e’ quella di cominciare a cablare in parallelo staves per L1
(38 necessari) e per L2 (52 ), tenendo per ultimo il Blayer (22)
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Integrazione in SR1





Per riuscire ad integrare in tempo il
rivelatore occorre parallelizzare
quanto piu’ possibile le fasi di
integrazione.
Stiamo attrezzando una seconda
linea di integrazione dei bi-stave
SCT e TRT barrel sono stati
integrati (22 feb) liberando una
notevole frazione dell’SR building
SCT e TRT saranno installati a
Luglio in ATLAS e ad agosto anche
gli endcap SCT-TRT saranno
integrati liberando ulteriore spazio
e permettendoci di installare in
parallelo anche ITT.
Quindi la fase di integrazione delle
shell potra’ procedere in parallelo
con il completamento del B layer,
facendoci guadagnare ancora 1
mese sulla tempistica pensata
l’anno scorso
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Integrazione in SR1
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
Alcune immagini di inizio
Marzo durante il
cablaggio per il system
test

Zona 2nda linea di
integrazione
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Integrazione in SR1


Il primo bare stave riparato a Genova e montato a CPPM durante la fase di
cablaggio al CERN
Questo stave sara montato sul layer 1

Ad oggi 13 stave sono stati cablati
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Bi-stave in SR1

Il primo bi-stave per Layer 1 assemblato in SR1


Inizio posizionamento su half shell questa settimana
Assemblaggio altri 4 bi-stave previsto per la settimana
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Integrazione in SR1


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
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

Per meta’ Aprile entrambe le linee di integrazione saranno operative
Il tasso di montaggio atteso e’ di 1.4 bi-staves /linea/settimana (per un
totale di 61 bi-staves 22 settimane)
Con queste ipotesi e’ stata preparata una dettagliata schedula (>1000 righe
previste) illustrata nelle pagine seguenti, che riporto da una presentazione
ufficale del PL
Montaggio sulle shell previsto finire 15 Settembre
Mantenere questa schedula richiede la presenza costante di personale al
CERN
Attualmente Genova garantisce la presenza costante di 1 tecnico in SR1,
I tecnici di Milano interverranno da giugno per le misure delle shell e da
agosto per il montaggio su ITT e DST
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Pixel schedule overview (P.L. 08/03)
done
~ok
done
done
2 week
late
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Pixel schedule overview (P.L. 08/03)
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Altre attivita’






Oltre a costruire il rivelatore vogliamo anche imparare ad usarlo
efficacemente, preparando le procedure di calibrazione e running che
dovranno poi essere usate durante la fase di commissioning e poi all’inizio
della presa dati.
Paolo sta continuamente incalzando per la ripresa dell’attivita’ di system test;
a inizio marzo si e’ tenuto un mini-workshop per definire le modifiche
necessarie al software DAQ e DCS per passare dagli attuali 1-2 stave al test
di un intero disco (148 moduli).
Per questo test sara’ necessario avere una camera climatica , il sistema di
raffreddamento evaporativo funzionante, un sistema di sicurezza attivo sia
per il rivelatore (controllo delle temperature, monitoraggio continuo di
tensioni e correnti) che per gli operatori (interlock dei laser per la
trasmissione dati).
La catena di acquisizione sara’ costituita il piu’ possibile da elementi di
produzione e costituira’ un vero banco di test anche per il sistema di cooling e
per la catena di distribuzione delle alimentazioni oltre che per il DAQ/DCS.
La catena di acquisizione verra’ integrata nel sistema TDAC di ATLAS e
verranno sperimentate soluzioni per l’archiviazione dei dati di configurazione
e calibrazione in data-base accessibili anche all’ off-line.
Impegno di Udine per il monitoring on-line ( e off-line )
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Integrazione in SR1
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Per meta’ Aprile entrambe le linee di integrazione saranno operative
Il tasso di montaggio atteso e’ di 1.4 bi-staves /linea/settimana (per un
totale di 61 bi-staves 22 settimane)
Con queste ipotesi e’ stata preparata una dettagliata schedula (>1000 righe
previste) illustrata nelle pagine seguenti, che riporto da una presentazione
ufficale del PL
Montaggio sulle shell previsto finire 15 Settembre
Mantenere questa schedula richiede la presenza costante di personale al
CERN
Attualmente Genova garantisce la presenza costante di 1 tecnico in SR1,
I tecnici di Milano interverranno da giugno per le misure delle shell e da
agosto per il montaggio su ITT e DST
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Installazione servizi in caverna



Collaborazione con TC per il progetto delle installazioni sulle piattaforme in
caverna del sistema di distribuzione tensioni PP2
Spazi esigui e alta densita’ di cavi
Cavi Tipo II sono disponibili, cavi Tipo III non e’ stata ancora definita la
lunghezza
Ritardi nella installazione
dei servizi ID che sono piu’
time consuming del previsto
e viene data priorita’ alla
preparazione inserzione
SCT+TRT barrel
Quindi installazione e
commissioning servizi Pixel
potrebbe essere rimandata
in Autunno
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DummySupportTube update
• Realizzazione del corpo principale in stato avanzato
• Tavoli e carrelli ordinati – pronti per giugno-luglio
6m
Internal view
Pronto per i test di misura
umidita’ e tenuta
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Sommario
 Dopo mesi di intenso lavoro si inizia a vedere la fine del tunnel
 Necessario costante impegno nei prossimi 9 mesi per mantenere il
montaggio degli stave e l’integrazione del rivelatore
 Installazione servizi pixel in caverna sara’ ritardata, sara’
probabilmente necessario uno sforzo concentrato in autunno per
installazione e test dei servizi prima della installazione del pixel
detector
 Situazione in continua evoluzione dal punto di vista della schedula di
ATLAS
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