CMS Frascati
STATUS REPORT
e
RICHIESTE 2010
22-07-2009
Stefano Bianco - CMS Frascati - Riunione referee
1
Attivita` 2008-2009 CMS Frascati
1.
2.
3.
4.
5.
Installazione e commissioning
Turni di presa dati Cosmic Challenge
Studi del Closed Loop sistema di ricircolo del gas e ottimizzazione dei filtri
Commissioning e integrazione del Gas Gain Monitoring System
•
Sistema di piena responsabilita` Frascati, dodici camere RPC single
gap in telescopio per raggi cosmici forniscono monitoring veloce del punto di lavoro per
variazioni dovute ai cambiamenti nella miscela del gas.
Studi di Fisica
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2
Attività di analisi:
Determinazione della sezione d’urto inclusiva
p p → Z X → + - X
Partecipazione al gruppo di analisi
Z → + - con produzione di 2 note
Ldt = 45 pb-1
Momento trasverso dei muoni
Min Pt muon
Max Pt muon
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Background level: ~ 0.1%
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Closed Loop e Gas Gain Monitoring
•Il Closed Loop e’ in operazione stabile dopo lo shutdown di gennaio 2009 con 8%
fresh mix
•Il GGM e’ costituito da piccole 50cmx50cm RPC in telescopio di raggi cosmici delle
quali monitoriamo il punto di lavoro (guadagno ed efficienza), flussate da tre miscele
(clean, before purifiers, after purifiers)
• Il GGM e’ stato in uso per tutto il 2008 all’ISR test closed loop system. Punto di
lavoro stabile al 2% per variazioni ambientali, sensibilita’ circa 20V (Ref IEEE08,
RPC08).
•Trasportato e messo in funzione al P5 (gas room SGX5) nel dicembre 2008
(milestone) con integrazione HW provvisoria con il Closed Loop
•Integrazione SW del GGM con DCS e` attualmente in beta-testing
•In operazione un sistema gemello a Frascati per la caratterizzazione delle gaps spare
e studi di miscele gas
•Milestone per release in beta-testing delle GGM integrate nel DCS: 31 luglio 2009.
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GGM @SGX5 gas room
HUMIDIFIER
P,T,RH
SENSORS
VME
DAQ
RPC
GAPS
RPC
GAPS
IN CR TELESCOPE
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5
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6
GGM status
DCS
Control panels
beta version
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Gas Gain Monitoring Performance
Avalanche Streamer
+-2%rms
Anode charge in avalanche-streamer
transition region monitors shifts in
working point. Large dependence
on gas mix components
Coherent effects cancel out due to system
redundancy. The two-gap ratio cancels out
Long-term environmental effects at the
+-2% level
0% SF6
Gaussian Fit
s = 1.7%
0.3% SF6
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LAB CLIMATIZZATO A
FRASCATI
CON CAMERE SPARES GGM
E GASCROMATOGRAFO PER
STUDI GAS E FILTRI
+-1%
+-0.5 C
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STUDI DEL CLOSED LOOP ALL’ISR
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• In corso test di camere RPC RB-3 in closed e open loop all’ISR
• Sistema climaticamente molto stabile
•Risultati di run precedenti (S.Bianco et al. FRASCATI-PREPRINT-LNF-08-33(IR). Submitted to JINST.)
mostrano che i filtri rilasciano tracce di metalli, e che le procedure di rigenerazione non
sono ottimizzate. Produzione di F- (da HF ?).
•Scopo di questo run e’ correlare la produzione di inquinanti con aumento di correnti,
utilizzando un sistema di analisi gas ottimizzato (gorgogliamento in LiOH, filtri Teflon
0.4micron per particolato, sensori specifici F-)
• Il ciclo di misura e’ iniziato nel settembre 2008 con nuovo materiale dei filtri e 14%
clean mix, ridotta al 8% in febbraio. I filtri mostrano una vita media molto maggiore di
quanto nel passato, confermando che la procedura di rigenerazione deve essere
ottimizzata.
•Le correnti sono cominciate a salire il 29 marzo (inizio fase 4)
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10
STUDI DEL CLOSED LOOP ALL’ISR
2/3
•Il ciclo di misura e’ ora alla fase n.5 (correnti alte, stop closed loop, transizione a open
loop). I sensori F- non mostrano aumento di produzione.
•Le analisi delle soluzioni LiOH della fase 1 e 2 (correnti basse) mostrano
• Buona efficienza di complessazione per F• Tracce di metalli, che confermano risultati del 2007.
• Presenza di particolato nel gas (inserire filtri particolato piu’ fini nelle cartridges
dei purifiers)
•Le soluzioni della fase 4 (correnti alte) sono attualmente in acidificazione (Mauro
Ferrini e Giovanna Saviano) e misura di ioni negativi. Al termine inviate al laboratorio
esterno per misura di ioni positivi. Risultati a fine agosto.
•Al termine della attuale fase 5 (open loop, discesa correnti) rigenereremo I purifiers
ed effettueremo l’ultimo run all’ISR. Termine previsto fine 2009. Goal:
• Confermare che la vita media dei filtri rigenerati e <<< di quella dei filtri nuovi
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• Confermare natura inquinante.
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STUDI DEL CLOSED LOOP ALL’ISR
3/3
• A fine 2009 decideremo se proporre la continuazione alla GIF in hi-rad
•Obiettivi:
• Run di single purifiers in hi-rad e caratterizzazione individuale
•
Test di alternative di purifier
• Ingegnerizzazione di zeolite ad-hoc idrofoba/idrofila per il filtraggio di Aria
• Selezione di purifier metallici alternativi
• …
•RICHIESTE 2010
• SUBJUDICE ME (10kEUR) e Consumi (15kEUR) per l’attivita’ alla GIF
• Consumi (5kEUR) per l’operazione del sistema di gaps a Frascati
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ISR Closed loop
Draft of the Closed Loop (CL) system at ISR, experimental area, for testing performance of CMS
gas recirculation system, purifiers performance and identification of contaminants
RPC Gaps
2 D.G. Open mode (1RB1 – 2RB4)
Freon 95,5%
Isobutan 4,2%
Mixer
Open Loop
Closed
Loop
main rack
Humidifier
Open loop
RH=40%
Distribution
Rack
(30 lines)
Humidifier
Closed loop
RH=40%
SF6 0,3%
Closed loop
8% C.L. volume injected
Closed Loop
FILTERS
CHEMICAL SETUP
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Zeolite
Metallic Filter
RPC Gaps
9 D.G. Recirculation mode (6RB1 - 3RB4)
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13
13
Chemical setup
“Sampling the closed loop
gas, before and after each
purifier. The sampled gas
bubbles inside a LiOH
solution continuously in order
to collect contaminants”
Sample
Lines
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Solution with
LiOH
Stefano Bianco
- CMS Frascati - Riunione referee
14
14
APR 2007
STUDIO FILTRI SISTEMA GAS A RICIRCOLO CLOSED LOOP
Camere RPC studiate in closed loop a scala ridotta con raggi cosmici in ambiente
controllato. Correlazione aumento corrente - contaminanti nel gas
(45+-3)%RH
(20+-0.5) oC
Dopo sei mesi di operazione
in ricircolo -i Channel
filtri si saturano
CURRENTS
13 ande14
inquinanti vengo immessi, le correnti aumentano
Un sistema di prelievi in soluzioni di LiOH campiona il gas e
vengono studiati i contaminanti
Andamento CicloII°
2.2HV61.2
2.2HV61.3
2.2HV61.4
16.0
2.2HV62.2
2.2HV62.3
14.0
2.2HV62.4
FASE 2 (LOW I)
microgrammi/litro
2.2HV64.2
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2.2HV64.3
12.0
2.2HV64.4
2.2HV66.2
10.0
2.2HV66.3
2.2HV66.4
2.0
0.0
18/01/200728/04/200706/08/200714/11/200722/02/200801/06/200809/09/200818/12/200828/03/200906/07/200914/10/2009
Time (days)
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9
10
11
12
2.2HV66.4
8
2.2HV66.3
7
2.2HV66.2
6
2.2HV64.4
5
2.2HV64.3
4
2.2HV64.2
3
2.2HV62.4
2
2.2HV62.3
4.0
1
2.2HV62.2
1Cu-2Ni-3Cr-4Zn-5Al-6Si7Mg-8Na-9K-10Ca-11F12X
2.2HV61.4
4
2.2HV61.2
1 2 3
6.0
2.2HV61.3
uA
8.0
1Cu - 2Ni - 3Cr - 4Zn - 5Al - 6Si - 7Mg - 8Na - 9K - 10Ca - 11F - 12X
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15
CURRENTS - Channel 13 and 14
16.0
ISR Closed/Open loop plots
14.0
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CLOSED LOOP
12.0
10.0
uA
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
18/01/2007 28/04/2007 06/08/2007 14/11/2007 22/02/2008 01/06/2008 09/09/2008 18/12/2008 28/03/2009 06/07/2009 14/10/2009
Time (days)
CURRENTS - Channel 9 and 10
1 2
3
4
2.0
1.8
OPEN LOOP
1.6
1.4
1.2
uA
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
18/01/2007 28/04/2007 06/08/2007 14/11/2007 22/02/2008 01/06/2008 09/09/2008 18/12/2008 28/03/2009 06/07/2009 14/10/2009
Time (days)
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16
16
0,5
8,000
0,4
6,000
0,3
4,000
0,2
F- (g/l)
10,000
PRIMA DELLA ZEOLITE
2,000
0,000
21/07/08
09/09/08
1
29/10/08
2
18/12/08
3
giorni
06/02/09
28/03/09
4
17/05/09
F- (moli/l)
SENSORI F- RISULTATI PRELIMINARI
All’AUMENTARE DELLE CORRENTI NON
CORRISPONDE AUMENTO
Ch1
DELLA PRODUZIONE
DI F-
CH1 (g/l)
CH1 (Moli/l)
0,1
0
06/07/09
Ch 2
0,200
0,01
F- (g/l)
0,006
0,100
0,004
0,050
0,000
21/07/08
DOPO LA ZEOLITE
09/09/08
29/10/08
18/12/08
06/02/09
28/03/09
17/05/09
F- (moli/l)
0,008
0,150
CH2 (g/l)
CH2 (Moli/l)
0,002
0
06/07/09
giorni
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17
Conferenze/preprints/pubblicazioni 2008-2009
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
M.de Gruttola, D.Piccolo et al., CMS Analysis Note CMS AN 2009/5.
T. GRECI for the CMS RPC Collab., Material studies for the RPC muon detector of CMS. In: XCIV Congresso
Nazionale SIF. Società Italiana di Fisica- XCIV Congresso Nazionale. Genova. 22-27 settembre 2008. (vol. 1,
pp. 6). GENOVA: Società Italiana di Fisica (ITALY).
S.COLAFRANCESCHI for the CMS RPC Collab., Operational experience of the gas gain monitoring of the CMS
RPC detector. In: XCIV Congresso Nazionale SIF. Società Italiana di Fisica- XCIV Congresso Nazionale. Genova.
22-27 settembre 2008. (vol. 1, pp. 4). GENOVA: Società Italiana di Fisica (ITALY).
L.BENUSSI et al. for the CMS RPC Collab., Sensitivity and environmental response of the CMS RPC gas gain
monitoring system. FRASCATI-PREPRINT-LNF--08--27(P), Dec2008. 8pp, e-Print: arXiv:0812.1710
[physics.ins-det], presented by L.Benussi at RPC07, Mumbai (India) 2008, Nucl. Instr. and Methods A 602
(2009), pp. 805-808.
L.BENUSSI et al. for the CMS RPC Collab., The CMS RPC gas gain monitoring system: an overview and
preliminary results. FRASCATI-PREPRINT-LNF-08-29(P), Dec 2008. 8pp. e-Print: arXiv:0812.1108 [physics.insdet], presented by S.Colafranceschi at IEEE08, Dresden (Germany) 2008, accepted by JINST.
S.BIANCO et al. for the CMS RPC Collab., Materials, Filters and Gas analyses for CMS RPC detector in Closed
Loop test setup. Presented by G.Saviano at RPC07, Mumbai (India) 2008.
S.BIANCO et al., An analysis of materials used in the RPC detector and in the closed loop gas system of CMS
at the LHC. FRASCATI-PREPRINT-LNF-08-33(IR). Submitted to JINST.
CMS Collaboration (R. Adolphi et al.). The CMS experiment at the CERN LHC.
2008. 361pp. JINST
0803:S08004,2008, JINST 3:S08004,2008.
A.Colaleo et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 602 (2009) 674-678
R.T.Rajan et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 602 (2009) 792 - 795
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18
SPARES
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GGM studies
pC
<adc channels>
CH8 HV applied 10.4kV
pC
CH6 HV applied 10.4kV
Ratio between chamber 6 and chamber 8.
Flushed with same gas, p,T,RH cancel out
at the 2% level
Gaussian
Fit
s = 1.7%
0
1
2
Unixtime (sec)
sec
Unixtime (s) - from 1 Sep 08 to 18 Sep 08
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Sensitivity of charge distribution to HV
L. Benussi et al. (Mumbai RPC 2008)
SLOPE: 1 . 25 pC/10 V = 25ch/10V
A very rough estimate of sensitivity to
working point changes in avalanche –
streamer transition
Working in the avalanche + streamer
region provides a sensitivity of 1.25
pC/10 V
Inefficiency region
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22
Sensitivity of charge distribution to HV
L. Benussi et al. (Mumbai RPC 2008)
Transition region pedestal to
avalanche and avalanche to
streamer are sensitive to working
point changes
= 1 . 3% / 10 V
Avalanche + streamer
Inefficiency region
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GGM layout
Latest work in p5:
• Humidifier for fresh line installed
• 3 lines (fresh, before, after) inox installed
• Testing sensor for t,p,rh
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