Proposta per un Laboratorio di compositiC. Gemme, INFN Genova

• Upgrade del rivelatore tracciante di ATLAS nel 2025• Impegno di ATLAS Italia• Interessi di ATLAS Genova à Strutture composite

• Laboratorio di compositi • Che cosa e’• Apparecchiature necessarie

High Luminosity LHC

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2010 (data): 2 vertici per evento

2012 (data):25 vertici per evento 2027 (simulazione):

200 vertici per evento

~15 cm

Layout del nuovo tracciatore - ITk

3

Strip

Gen

eral

ITk

Attuale HL_LHC

Superficie Pixel[m2] 1.9 ~14

STRIP

Pixel

Layout del nuovo tracciatore - ITk

4

Strip

Pixel

Gen

eral

ITk

Attuale HL_LHC

Superficie Pixel[m2] 1.9 ~14(~2.2ineachEC)

STRIP

Pixel

End cap End cap

Innermost

Outer barrel

ATLAS ITkü La collaborazione si sta

allargando.

ü Genova continua a restare ilgruppo leader dellacollaborazione italiana con importanti responsabilita’ in ATLAS.

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UDINETRENTO

MILANOBOLOGNA

GENOVA

FRASCATI

LECCE

COSENZA

Pixel 1998

Pixel 2012

ITK 2017

Supporti per l’end-cap

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2 set di 3 mezzicilindri concentrici

Ogni mezzo cilindro con una decina di half-ring

Half ring

Sugli half-ring si montanoi moduli a pixel Gli half ring sono

sandwich di fibra di carbonio e carbon-foam con in mezzo un circuito elettrico e un tubo di raffreddamento (Ti).

Tre tipi di half ring con raggi di circa 25,30,35 cm, ~ 60 pezzi.

Costruzione degli half ring in Italia

ü Non ci sono laboratori in grado di lavorare compositi nelle Sezioni in cui sono presenti gruppi ATLAS.

ü Gli half ring di ATLAS potrebbero essere fabbricati in industria ad un costo comparabile con la messa in opera di un laboratorio di compositi, per esempio a Genova dove c’e’ comunque un’esperienzapregressa (ATLAS Pixel 2002-2005). • Quindi il problema che si pone e' quello di vedere se c'e' un interesse in

Sezione per altre possibili applicazioni, ora o in prospettiva.• à Nel caso, si puo’ valutare se possibile utilizzare il finanziamento

ATLAS per aumentare le competenze in Sezione piuttosto che pagareuna ditta esterna.

ü La proposta attuale (vedi i tempi indicati a pag 10) e' definita sulleesigenze di ATLAS, possibili ampliamenti o ottimizzazioni possonoessere inclusi una volta che altri interessi saranno chiariti.

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Laboratorio per compositi

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Applicazioni tipiche: aerospaziale, aeronautico, automobilistico, navale, difesa, sport, biomedica, …

Vantaggi materiali compositi:- Leggerezza- Alta conducibilità termica- Resistenza meccanica- Resistenza a radiazioni- Resistenza a stress termici- Applicaz per vuoto- …

Materiali compositi = matrice + fibreMatrice = resine epossidiche, poliuretaniche, poliammidiche, fenoliche Fibre = carbonio, vetro , kevlar, boro, berillio

Generalmente per le applicazioni di fisica vengono utilizzate fibre di carbonio in resine epossidiche.

Equipaggiamento per costruzione HR

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SPAZI NECESSARI:• SALA DI LAMINAZIONE

• La camera deve essere grigia o pulita, deve contenere un tavolo per la preparazione del lay-up, pompa a vuoto, sacche a vuoto, …

• SALA PER L’ELABORAZIONE DEI COMPOSITI• È la sala in cui viene fatta la cottura dei compositi. Deve essere dotata di

un’autoclave (Tmax = 200°C. pmax = 10 bar) e possibilmente anche di un piccolo forno

ULTERIORI CONSIDERAZIONI:ü WORKSHOP

• Per la lavorazione dei compositi, è possibile adattare alcune delle macchinedell’officina (soluzione utilizzata in passato, ma non ottimale). Certi compositipossono semplicemente essere segati, in alternativa si considera l’utilizzo di unawaterjet cutting machine

ü STORAGE MATERIALE• Il materiale va conservato a -18°C, non è necessario che l’area di storage sia

all’interno delle altre due sale

Time scaleü Verificare interesse in Sezione à Adesso

ü Preparare una proposta concreta di equipaggiamento/spazi/budget à Aprile/Maggio

ü Incontro ATLAS con referee e CSN1 à 4/12 Maggio

ü Discussione fattibilita’ in CdS con un piano da definire a seconda deipartner interessati à Inizio Luglio

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Spare

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Inner Tracker Detector Phase-IIü Inner Detector

• Disegnato per operare per 10 anni a L= 1x1034 cm-2 s-1 con <u> =23, @ 25ns, L1= 100 kHz

ü Fattori limitanti a HL-LHC per l’attuale tracciatore• Saturazione della banda (Pixel, SCT)• Occupanze troppo elevate (TRT, SCT)• Danno da radiazione (Pixels (SCT) designed for 400 (700) fb-1)

16/01/2014C.Gemme– R&DTracker,AtlasItalia 12

Forward pixel

Barrel Strips Forward Strips

Barrel pixel

LoI layout new (all Si) ATLAS Inner Tracker (ITK) for HL-LHC.

8.2 m2 with 638 MpixelBarrel in z longerPixels cover |η| < 2.7

Altri layout considerati.

80à 638 Mpixels6 à74 Mstrips

Overview of the Phase-II Pixel upgradeü The project is now accelerating significantly given the schedule for the

Pixel TDR (Dec 2017).

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• Possibility tohavetwoFEsubmissions isincluded intheschedule.Moduleoptimizationcanstartwithfirstchip.

• Module productionandloading:~27-33months

ü The project is now accelerating significantly given the schedule for the Pixel TDR (Dec 2017).

Overview of the Phase-II Pixel upgrade

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Zoom in 2017:• Layout definition will allows groups to take

commitments on parts of detector. • and preliminary design of the local supports.

• RD53-A will be submitted in spring 2017àtechnological demonstrator of the 65 nm technology and module prototypes with small pixel size.

• Bump bonding marker survey. • Sensors: identify the baseline designs to be used in

the detector. A preliminary design of the data transmission and power distribution scheme will be included in the TDR.

• Start of ATLAS chip design.

Feb. 6, 2017G.-F. Dalla Betta 15

Riassunto FTE 2017

Sez. RD_FASE2

HVR_CCPD

CHIPIX65

AIDA2020

BO 1.00 0.40 - -

CS 0.80 - - -

GE 3.70 1.20 - 0.15

MI 2.12 1.20 1.50 0.35

TN 3.30 - - 1.00

UD 1.30 - - -

Total

12.22 2.80 1.50 1.50

Sezione First+Name Family+Name Ruolo RD_FASE2+ HVR_CCPD CHIPIX65 AIDA2020BO Federica Fabbri PhD 0,20 1 1 1BO Davide3 Falchieri Tecn.3Cat.3D 0,20 1 1 1BO Alessandro3 Gabrielli RU 0,20 1 1 1BO Carla Sbarra RIC 1 0,20 1 1BO Antonio Sidoti RIC 0,20 0,20 1 1BO Maximiliano Sioli PA 0,20 1 1 1CS Anna Mastroberardino RU 0,50 1 1 1CS Daniela Salvatore Assegnista 0,30 1 1 1GE Giovanni Darbo DR 0,60 0,30 1 1GE Andrea Favareto Assegnista 0,30 1 1 1GE Andrea Gaudiello PhD 0,50 0,30 1 1GE Claudia Gemme RIC 0,20 0,10 1 0,15GE Silvia Miglioranzi Assegnista 0,20 1 1 1GE Paolo Morettini 11RIC 0,60 0,20 1 1GE Hideyuki Oide Borsa 0,40 1 1 1GE Leonardo Rossi DR 0,20 0,10 1 1GE Cecilia Rossi Tecn. 0,30 1 1 1GE Mario3 Sannino PA 0,40 0,20 1 1MI Gianluca Alimonti RIC 0,50 1 1 0,20MI Attilio Andreazza PA 1 0,30 1 1MI Mauro Citterio D1TEC 1 0,10 1 1MI Simone Coelli Tecn. 0,40 1 1 1MI Luca Frontini PhD 1 1 0,60 1MI Danilo Giugni P1TEC 0,50 1 1 1MI Valentino Liberali PA 1 0,20 0,40 1MI Chiara Meroni DR 0,25 0,30 1 0,15MI Francesco Ragusa PO 0,10 0,30 1 1MI Seyedruhollah Shojali Assegnista 1 1 0,50 1MI Clara Troncon 11RIC 0,37 1 1 1TN Maurizio Boscardin RIC 0,10 1 1 1TN Gian1Franco Dalla3Betta PO 0,50 1 1 1TN Mostafa El3Khatib PhD 0,50 1 1 1TN Roberto Iuppa RTD1A 0,10 1 1 1TN David Macii PA 0,70 1 1 1TN Roberto Mendicino PhD 1 1 1 1,00TN D3M3S Sultan PhD 0,70 1 1 1TN Giovanni Verzellesi PO 0,70 1 1 1UD Mario3Paolo Giordani RU 0,30 1 1 1UD Gilberto Giugliarelli RU 1,00 1 1 1

Total 39 12,22 2,80 1,50 1,50

Total for the 4 R&D of interest for ITk- 39 persons (same as in 2016)- 18 FTE (was 16.2 in 2016)

Lecce e Frascati hanno dimostrato serio interesse a partecipare; altri laboratori potrebbero aumentare il loro contributo à FTE>25 nei prossimi anni

Surfaces

Una Endcap à 3.3 m2 ma in processo di ottimizzazione, si potrebbe ridurredel 30% Il Pixel detector oggi e’ 1.9 m2

Gen

eral

ITk

Half rings costruzione e materiali

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Steps in making a half-ring

02Feb2017J.Pater- RingConstruction,ManufactureandQA

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ü produce cooling pipe (no photo)• cut, bend to shape, attach electrical breaks

and pressure fittings• bending the long smooth curve is more art

than science!ü machine carbon foam “wafers”

• 3mm thick slices, trapezoid shape• tricky part is holding the foam still

ü machine one side of wafers flatü affix foam to Cfibre

• using vacuum jig (top photo)• in past have cured Cfibre as facesheets, then

glued foam• uses a lot of glue• suspect not a good bond –

delamination seen• now experimenting with co-curing (bottom

photo)

ring gluing jig

J.Freestone

P.Cooke,T.Jones

Steps in making a half-ring, p2

ü machine foam faces of half-sandwiches flat and to desired thickness (2.4mm)

ü machine grooves for cooling pipe, bus tapes, locators, closeouts

ü glue tapes in place• glue applied to tapes with

roller• approx 50u thick

02Feb2017J.Pater- RingConstruction,ManufactureandQA

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J.Freestone

Steps in making a half-ring, p.3• apply glue over foam

and tapes• roller application –

controlled thickness• apply glue to pipe

using custom applicator (bottom picture)

• brush glue onto mounting lugs

• assemble halves, cure in vacuum press

02Feb2017 J.Pater- RingConstruction,ManufactureandQA

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J.Freestone

Steps in making a half-ring, p.4

02Feb2017J.Pater- RingConstruction,ManufactureandQA

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Glue in pipe-support closeouts and carbon-fibreedging strips

A finished ring à

Four middle rings in production

• now through summer:• TFM• QC development• electrical tests

J.Freestone