BTeV: stato ed attivita’
Luigi Moroni
Riunione Commissione 1
Catania, 17 Settembre 2002
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
1
Stato d’Approvazione
• Tutto procede come previsto per quanto
riguarda il processo di approvazione interno
al Fermilab (Stage 2 Approval)
• In particolare
– Dal 30 Settembre al 2 Ottobre, Temple Review
• Esame dettagliato dei costi e dei programmi
condotto da una commissione interna del lab
• Primo atto del processo di Stage 2 Approval
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
2
Stato d’Approvazione
• Sono stati invece accumulati tre mesi di
ritardo sul processo decisionale del DOE
– La costituzione e gli incarichi del nuovo
pannello P5 dovevano essere decisi durante il
meeting di Agosto
– Sono invece slittati al prossimo meeting dello
HEPAP ai primi di Novembre
– Questo ritarda la decisione finale su BTeV, che
si aspettava per quest’anno.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
3
Stato d’Approvazione
• In realta’ sono stati compiuti alcuni progressi
– P5 sara’ strutturato come subpanel dello HEPAP
• Cio’ dovrebbe contribuire a sbloccare questa assenza di
decisioni che ormai da un anno impronta la HEP negli States
• Comunque, e’ nostra intenzione dare una sorta di
ultimatum allo HEPAP
– Entro il 5 di Gennaio, un anno dopo la
raccomandazione di costituire P5, P5 deve essere
operante e decidere la sorte di BTeV
– Se questo non sara’ possibile, la decisione venga presa
rapidamente secondo la prassi consueta del DOE.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
4
Attivita’
• Sostanzialmente concentrate su R&D per il
Forward Tracker
– MI&PV
• rivelatori a microstrip in avanti;
• Nuovo DA per R&D e test beam
– LNF
• Straw ed integrazione microstrip/straw
• Sistemi di monitoraggio online della posizione
• Parecchi progressi compiuti gia’ quest’anno
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
5
Progressi
• MI
– Nuovo sistema DA sviluppato interamente da Milano
per il test su fascio dei pixel.
• sistema d'acquisizione completamente data-driven, basato su
schede PCI intelligenti (con FPGA Altera)
– Diventera' lo standard di BTeV per tutta l'attivita'di
R&D e test su fascio.
– Il sistema e’ stato recentemente completato nelle sue
funzioni principali e provato con successo sui rivelatori
a pixel a Fermilab.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
6
Progressi
• MI
– Assemblati e caratterizzati alcuni prototipi di ladder di
rivelatori a microstrip utilizzando sensori di grandi
dimensioni (9  9 cm2)
• Hamamatsu (Agile) e
• ST (CMS)
– La lettura e' eseguita tramite pre-amplificatori IDE, a
loro volta acquisiti dal sistema di sviluppo IDE.
– Definita la struttura di supporto dei piani e delle
stazioni di microstrip.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
7
Prototipi Ladder
• Sistema IDE con
sensore Hamamatsu
(Agile) 9  9 cm2
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
8
Prototipi Ladder
• Ladder di due sensori
ST CMS 9  9 cm2
– 183 m pitch
– 512 strip
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
9
Prototipi Ladder
• Ingrandimento della
zona Read Out Chip
• Son visibili
– I tre chip di read out
– Ed il circuito di fan out
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
10
Stazione a Laser Infrarosso
• Sistema di test a laser
infrarosso
– La luce puo’ essere
focalizzata su pochi
micron
– La base ha movimenti
micrometrici X e Y
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
11
Progressi
• PV
– Progettato lo stadio analogico del chip di FE
delle microstrip.
• Le simulazioni dimostrano che il rumore atteso
rientra con un ampio margine nelle richieste di
BTeV
– Avviata la nuova collaborazione con il gruppo
di progettisti del Fermilab (R.Yarema)
• Possibilita’ di realizzare il layout senza dover
ricorrere ad esperti esterni.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
12
Forme d’Onda
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
13
Risultati delle simulazioni
Power dissipation
P = 2.5 mW (including bias
networks)
Preamplifier
input capacitance
Cin= 2 pF
Preamplifier input device
PMOS, W/L = 1220/0.35
Signal peaking time at the
shaper output
tP = 85 ns
Equivalent Noise Charge at
CD = 20 pF
ENC = 780 e rms
(including
1/f
sources)
GQ = 75 mV/fC
Charge sensitivity
Comparator rms threshold
dispersion
18 Settembre 2002
noise
sVth = 5 mV
Luigi @ Gruppo 1
14
Progressi
• PV(BG)
– Dimostrata la fattibilita' di un sistema di
raffreddamento a gas per il FE delle strip.
• Sistema basato su compatti dissipatori a microcanali
– Consente di eliminare gli ovvi rischi derivanti
dall'impiego dei comuni fluidi di
raffreddamento, e.g. acqua glicolata.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
15
Schematics of a -ch heat sink
Heated surface
(a)
(b)
Fin
Cover
Microchannels
(a) Schematics and nomenclature of a microchannel heat sink
18 Settembre
2002
Luigi
@ Gruppo
1
(b)
Silicon microchannels
obtained by
means
of chemical
etching.
16
Optimisation - results
Optimisation results for 900 read out channels over 6 X 90 mm2 area (Q = 3.6 W).
Parameter
Symbol
Maximum temperature raise
ΔTmax
Channel width
unit
Air
Helium
Nitrogen
K
13.46
7.18
12.56
Wch
μm
263
4039
234
Fin width
Wfin
μm
50
50
50
Channel depth
Lfin
μm
200
200
200
Hydraulic diameter
Wch
μm
227
381
216
Pumping power
P
W
0.668
3.6
0.752
Number of channels
n
287
22
316
Total mass flow rate
m
Kg/s
4.85 · 10-4
2.14 · 10-4
4.80 · 10-4
Total volumetric flow rate
V
m3/s
4.06 · 10-4
1.32 · 10-3
4.16 · 10-4
l/min
24.4
79.2
25
Fluid average velocity
um
m/s
26.87
74.01
28.09
Distributed pressure drop
Δp
Pa
1645
2738
1808
atm
1.62 · 10-2
2.70 · 10-2
1.78 · 10-2
K
301.74
299.49
301.70
400
230
400
0.078
0.052
0.080
Fluid outlet temperature
Tf,out
Reynolds numbero
Re
Inlet Mach number
Main
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
17
Progressi
• LNF
– Sviluppato e testato un sistema di monitor di precisione
per i rivelatori a microstrip che garantisce una
precisione micrometrica nel posizionamento relativo ad
un riferimento esterno.
– Sta ora cercando di integrare i sensori direttamente
nella struttura dei supporti onde ottenere sistemi automonitoranti.
– Il sistema puo’ diventare lo standard di BTeV
• Notevoli prospettive per l’utilizzo nel posizionamento dei
rivelatori a pixel
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
18
FBG Monitor
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
19
Risoluzione FBG
C1  C1  1
i
i
X displacement [micron]
2
0
2
4
0
20
TV camera
FBG
18 Settembre 2002
40
60
80
Time [hour]
100
120
140
160
Risposta FBG e Tvcamera a cicli di temperatura
Luigi @ Gruppo 1
20
FBG Monitor di Flessione
(Smart Material)
Micrometric screw
FBG sensor ‘A’
FBG sensor ‘B’
Optical fiber
for signal delivery
Optical comparator
Deformazioni opposte se FBG simmetrici rispetto
all’asse neutro della lamina.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
21
Progressi
• LNF
– Si sta sviluppando un nuovo progetto per la parte di
straw vicini alla linea dei fasci con lo scopo di integrare
direttamente nella struttura degli straw un supporto per
le stazioni di microstrip.
– L’obiettivo finale e’ quello di ridurre drasticamente la
quantita’ di materiale presente nel cono di tracciamento
– Parte integrante di tale progetto e’ lo sviluppo di nuovi
straw in controavvolgimento che dovrebbero presentare
miglior caratteristiche di resistenza meccanica.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
22
Integrazione Straw/Strip
A
B
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
23
La Soluzione Piu’ Promettente
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
24
Attivita’ Prevista per il 2003
• Si tratta di continuare l'attivita' impostata per
arrivare alla finalizzazione dei rivelatori nel 2004.
• LNF
– Completamento progetto di supporto integrato
straw/strip
– Applicazione del sistema di monitor di posizione ai
rivelatori di BTeV
• Verifica delle prestazioni sul lungo periodo
– Test straw in controavvolgimento.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
25
Attivita’ Prevista per il 2003
• MI
– Indagine sulla possibilita’ di utilizzo dei sensori a T
ambiente anche in presenza di forti dosi di radiazione
– Definizione del sistema di alimentazione, LV e HV e
del cavo leggero da utilizzare per la lettura e
l'alimentazione dei rivelatori.
– Realizzazione di un mock-up della struttura meccanica
di una stazione con sistema di raffreddamento e caveria
inclusi onde verificare le procedure di montaggio delle
ladder sui supporti e di assemblaggio dei sensori e degli
ibridi sulle ladder
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
26
Attivita’ Prevista per il 2003
• MI
– Partecipazione all’attivita’ di test su fascio dei rivelatori
a pixel
• responsabilita’ della gestione e manutenzione del sistema di
acquisizione appositamente sviluppato
• PV
– In collaborazione con MI e FNAL, produzione di alcuni
chip prototipo contenenti l'intera parte analogica del
chip di FE per i rivelatori a microstrip
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
27
Attivita’ Prevista per il 2003
• PV
– Sempre in collaborazione con MI e FNAL,
avviamento del progetto della parte digitale del
readout
– Realizzazione di prototipi di sistemi di
raffreddamento sia a gas che con liquidi per
verificare le simulazioni e per ottimizzare le
prestazioni.
18 Settembre 2002
Luigi @ Gruppo 1
28