Pixel
and ID
Status Report
Settembre 2005
Chiara Meroni
INFN-Milano
Chiara Meroni - INFN / Milano
ATLAS Pixel Status Report
Csn1, Napoli, 21 Settembre 2005
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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Stato della produzione
La produzione di sensori e moduli procede in schedula (v. Mandelli)
STAVES : 44 su 112 necessari sono stati completati con alta resa
Solo 5 moduli danneggiati e sostituiti su un totale di 572 montati.
Loading moduli richiede 4-5 gg, QA ~ 1 week, puo’ avvenire in parallelo
Negli ultimi mesi una
serie di problemi tecnici
ha portato all’arresto
della produzione
Loaded Staves
120
100
Stop produzione ad
Agosto per corrosione nei
tubi del cooling
80
Original half-shell need
No.
Sospensione produzione a
Maggio dovuto a
delaminazione degli stave
Loaded Staves
60
40
20
0
01/08/04
09/11/04
17/02/05
28/05/05
05/09/05
14/12/05
24/03/06
Date
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Struttura degli staves
•
Omega
3 layer
Carbon fiber
Thermal
Managment
Tile
CarbonCarbon
Local Support
Peek
Pixel Module
Cables
Al Tube
Bistave:
Gli stave sono uniti a coppie in un
unico circuito di cooling prima di
essere montati sulle half shell
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Delaminazione degli staves
• A Maggio viene osservato un distacco all’interfaccia Omega/TMT di 2 staves montati
• Un controllo degli stave “bare” ha evidenziato ~10% delaminati.
• SOLUZIONE : aggiunta di un collare all’estremita’ dello stave che migliora di ~> 6 volte
la resistenza alla torsione e allo strappo
• Eseguita su 20% bare staves, dimostrata la fattibilita’ senza danno per i loaded staves
(collare applicato su 3 loaded staves, prestazioni invariate)
La produzione riprende, ma purtroppo un altro ben più serio problema...
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Corrosione degli staves (1)
• Tra Luglio e Agosto si cominciano ad osservare depositi di cristalli di ossidi di Al
•
all’estremita’ degli stave
Un’approfondita indagine rivela che la corrosione e’ estesa all’intera lunghezza del tubo
• L’origine e’ la corrosione galvanica tra Al e Nickel, che era stato depositato per poter
effettuare la brasatura delle connessioni per il cooling, innescata dal Joule test effettuato
con soluzione acquosa per verificare le proprieta’ termiche dello stave
• Vengono contattati diversi esperti di
metallurgia
• Viene immediatamente organizzato un
workshop al CERN (18-19 Agosto) per
mettere in comune le evidenze raggiunte
nei vari laboratori, consultare gli esperti di
materiali del CERN e soprattutto decidere le
possibili soluzioni al problema
•Stave S4026.
•Corrosione tra Ni e Al
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Corrosione degli staves (2)


Esempio di analisi effettuate al CERN
(TS/MME)
SEM Analysis – Internal Surface
Wt%
A
B
C
D
C
3.3
28.5
39.4
0.8
O
8.9
43.4
16.5
53.9
Al
2.4
25.8
1.9
45.2
Si
-
0.4
-
-
P
9.9
-
2.9
-
S
-
0.9
-
-
Cl
-
-
2.3
-
K
-
-
0.9
-
Ca
-
-
0.2
-
0.5
--
-
Fe
Ni
75.4
0.6
28.8
-
Zn
-
-
7.12
-
Microscopio
ottico
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Corrosione degli staves (3)
• Gli esperti consigliano di intervenire su tutti i tubi del cooling ,
perche’ la corrosione e’ difficilmente arrestabile.
•
Ci sono 44 staves gia’ montati (troppi per poter ricominciare da capo la produzione )
• La strategia proposta e’ duplice
 riparare gli staves già montati, accettando anche una degradazione delle
prestazioni termiche, che possono implicare una riduzione della vita media del
rivelatore
 fabbricare nuovi bare staves con una rilavorazione parziale o totale della
meccanica. In entrambi i casi occorrera’ sostituire i tubi in alluminio e le
connessioni al cooling
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Riparazione stave montati
 La proposta e’ di infilare nel tubo di Al
6060 un altro tubo di Al 3003 di forma
simile ma diametro inferiore (gap tra le
pareti 100-200 mm)
 Il nuovo tubo avra’ fitting laser welded
e/o incollati
 Occorre individuare un composto termico
da far penetrare nel gap, tra vecchio e
nuovo tubo, per mantenere una buona
conducibilita’ termica
 Sono state fatte simulazioni per valutare
l’effetto sul T in funzione della
conducibilita termica e della dimensione
del gap
Gap
 Il diametro minore implichera’ un
aumento della pressione (P) lungo il
tubo di raffreddamento
 maggiore T tra il primo e l’ultimo
modulo del bistave
T=0 ºC
Th=0.3mm
Kx
W = 110W  0.14 W/mm
Disegno solo a scopo illustrativo
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Riparazione stave montati
Sono state fatte simulazioni
per valutare l’effetto sul T
della conducibilita termica
del composto e del gap
DT vs interpipe thermal conducibility [Shaped Pipe]
35
30
DT [C]
25
50um
100um
150um
200um
250um
20
15
Kx ~ 1W/mK
gap =100 micron
10
DTmax ~ 2.4 C
5
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
1
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9
2
2,1 2,2
W/mK
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Riparazione stave montati
 Sono stati ordinati tubi di diverse dimensioni per provare l’inserimento
 In parallelo si sta studiando
 la viscosita’ del composto che dovra’ essere inserito nel gap per migliorare
l’accoppiamento termico.
 Isolamento della superficie esterna del nuovo tubo (anodizzazione) per evitare che
la corrosione si propaghi.
 Come incollare i connettori per il cooling
 Previste prove di resistenza alle radiazioni per la colla (LBL)
 Si sta disegnando un nuovo U-link per minimizzare P
 Si sta progettando un setup per misurare su un bi-stave l’effettivo
incremento di tempertura
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Riparazione bare staves
 Genova sta studiando le procedure per separare i 2 elementi strutturali
dello stave: TMT e omega, senza danneggiarli e reincollarli dopo aver
sostituito il tubo.
 Primi test fatti mostrano fattibile la “delaminazione” controllata e il successivo
riottenimento delle caratteristiche termiche
 Anche la caratteristiche meccaniche (resistenza e forma) sono state confermate .

Vanno preparati alcuni nuovi tools per le rilavorazioni.
NECESSARI NUOVI TUBI,
SUPPORTI IN PEEK
 Nel frattempo a CPPM hanno fatto
dei calcoli in FEA per verificare la
resistenza alla pressione del
nuovo tubo proposto, parete più
spessa (0.3mm) e angoli smussati
rispetto al precedente disegno, con
ottimi risultati
 Limite elastico x P=20bar
 Pcooling,max= 15bar
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Produzione nuovi staves
 Si sta valutando il tempo necessario e il costo per una nuova
produzione degli staves mancanti.
 Si vuole concentrare la produzione in un luogo per minimizzare i
tempi di risposta
 Si e’ deciso di ordinare in ogni caso il materiale di base (CC) per i
TMT, che ha un lungo tempo di consegna, mentre si verifica la
possibilita’ di eseguire le lavorazioni del TMT e dell’omega presso LBL
o presso una ditta tedesca.
 La procedura di assemblaggio sara’ mantenuta il piu’ possibile uguale
alla precedente, per evitare qualunque R&D, ma introducendo le
correzioni che si erano rese evidenti durante la produzione.
 Si sta studiando come raddoppiare il rate di loading e test nei 3 siti:
Genova, Marsiglia (CPPM) e Wuppertal.
 Una nuova schedula di integrazione sara’ elaborata nelle prossime
settimane non appena sara’ stata dimostrata la fattibilita’ dei diversi
approcci
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Schedula Integrazione Pixel

ScheduleV7 prevedeva Pixel RFI is Aug 15 (~2m float)

Last bare module delivered from firms on Jan 15

Last loaded stave delivered to SR1 on March 15

Integration in SR1 AprilJuly

10% test in SR1 JulyAugust.

Installation October
Un possibile scenario potrebbe essere:


Bare stave riparati disponibili da Novembre e nuova produzione
ricomincia a Gennaio con 5 stave / settimana

Ultimo loaded stave pronto a Maggio 06

In parallelo integrazione su halfshell , Dicembre 05-Giugno 06

Integrazione dei layers +4 mesi

10% test in SR1 <+2 mesi
Installazione ancora compatibile con un ritardo di 1-2 mesi
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14
Sommario Pixel

La produzione fino al livello dei moduli e’ a regime.

Crash program per riuscire a riprendere il montaggio degli stave e l’integrazione del
rivelatore

Necessario rafforzare il loading e test degli staves che sara’ ulteriormente compresso
temporalmente (obiettivo 5 stave/ week)

Necessario rafforzare l’integrazione dei bistave e il loro montaggio sulle halfshells

Schedula da rivalutare quando le varie soluzioni saranno state dimostrate e il
montaggio degli staves potra’ ricominciare

Situazione in evoluzione dal punto di vista della installazione

disponibilita’ di Atlas a posticipare il piu’ possibile l’installazione

Chiediamo aiuto per FAI e supporto costi imprevisti (ancora da valutare)

Non ne ho parlato ma continua l’attivita’ di procurement e installazione servizi,
completamento tool meccanica, DAQ,sviluppo software specifico rivelatore e
implementazione simulazione, athena, preparazioni analisi fisica
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15
Finanziamenti CORE PIXEL +ID






La tabella presenta il CORE assegnato fino a oggi.
Aggiornata gara cavi tipo II (2003) risparmio -100kE e -60kE IVA
Lo staging del layer 1 del rivelatore è sottratto (600 k€)
CORE residuo 163k€
Anche gara HV chiusa con risparmio (-38k€)  CORE residuo 200k€
Richieste 2006 +73k€ Cooling , +112k€ per PS
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16
Schedula Inner Detector
 Ottobre 05
 Nov-Maggio 06
 <Dicembre 05
Installazione tubi cooling sul Calorimetro
Installazione cavi e completamento cooling
Integrazione TRT-SCT in superficie (Barrel)
Commissioning con cosmici (DAQ,DB,Monitor)
 Mar-Maggio 06
 Estate 06
Installazione TRT+SCT Barrel
Installazione endcap TRT+SCT
Test ID
 Ottobre 06
Installazione Pixel (da posticipare )
Commissioning DAQ, calibrazioni, cosmici
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3D model dei servizi ID
3
--
5
II
7
II
Cables and pipe
may be installed
in parallel
II
1
1 Sector number
II
9
II
-Pipes to be
installed before
cables
11
15
--
--
13
-Chiara Meroni INFN/Milano
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Conclusioni
 Si prospetta un anno di intenso lavoro
 La schedula e’ critica, ma tutti i gruppi pixel sono attivamente
impegnati nella ricerca e nella applicazione delle soluzioni
 Gli studi fatti nell’ultimo mese ci rendono confidenti nel fatto che le
soluzioni proposte sono praticabili
 Indispensabile un aiuto dai FAI
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Bare module prodotti AMS - IZM
La produzione per entrambe le ditte si
e’ attestata su 20 moduli alla
settimana.
La resa ‘all accepted’ media e’ ~90%.
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
05
8/2
0
05
Fine produzione spares (2500 moduli)
prevista per Aprile 2006
01
/0
6/2
0
05
01
/0
4/2
0
05
01
/0
2/2
0
04
01
/0
2/2
0
04
01
/1
0/2
0
04
01
/1
8/2
0
04
01
/0
6/2
0
04
01
/0
4/2
0
01
/0
2/2
0
01
/0
2200 moduli prodotti per Feb 2006
delivered
virgin
all accepted
04
moduli
Total deliveries
data
AMS deliveries
>1500 moduli prodotti
70
trashed
uncertain
reworked
virgin
moduli
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
data
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