Esperimenti di Gr 5 2010 – 2011 PD - TN FAIR 2010 NEUTRA 2010 HEPMARK 2011 prol REDI - GO2011...

Esperimenti di Gr 5 2010 – 2011PD - TN

FAIR 2010NEUTRA 2010

HEPMARK 2011 prolREDI - GO 2011MICRO – Si 2011 prolWIDEST1 2011STARTRAK2 2011XDXL 2011LEPIX 2012SOIPD 2011

TRIDEAS 2011VIPIX 2011

HEPMARK

Michele MichelottoValutazione della potenza dei nodi di calcolo nella HEP

INFN PD - FE

• Finanziata da CSN5 nel 2009-2010– Padova, Ferrara, Bologna

• Richiesta estensione nel 2011• Studio delle prestazioni dei Worker Node HEP (Nodi di

Calcolo nelle farm degli esperimenti HEP)– Benchmark di riferimento HEP-SPEC06 in sostituzione di SPEC

INT 2000– Confronto con le prestazioni di applicativi HEP– Report per i referee del calcolo LHC e di CCR per

l’ottimizzazione del costo/prestazioni e i costi energetici

• Collaborazione internazionale con il gruppo HEPIX e con WLCG

Presentazioni

• CHEP 2009 Prague: M. Michelotto per gruppo HEPIX

• HEPIX Fall 2009 – Berkeley

• HEPIX Sprint 2010 – Lisbon

• Workshop CCR - Acireale

Problemi aperti

• Worker node 2009: due processori, ciascuno da 4 a 6 core (da 6 a 8 cpu logiche)

• Nel 2010 da 12 a 24 cpu logiche)

• Nel 2011 da 16 a 32

• Troppi cores per un unico WN?

• Consumi Energetici? Nei 3 anni di vita di un WN costano più di Energia Elettrica che di CAPEX

• HEP-SPEC06 continua ad essere valido?

• Effetti delle architetture NUMA sulle prestazioni

Richieste 2011

• Padova: Michele Michelotto (1° Tecn.) 0.70, Roberto Ferrari (CTER) 0.40, Alberto Crescente (CTER) 0.40, Matteo Menguzzato (TU) 0.40

• Ferrara: Alberto Gianoli (1° Tecn.): 0.10 TOT FTE 2.0

interno estero consumo inventario TOTALI

PD 1.00 2.00 19.00 22.00

Nessuna richiesta per i servizi

REDI-GOMarco Bellato

REadout a DIeci Giga bit al secondO

PD – LNL – (Bologna)

CERN

Obiettivo

– Readout a 10Gb/s su reti TCP/IP commutate direttamente da elettronica di front-end

– 3 fasi (in tre anni)

1. Valutazione della tecnologia 10GE

2. Sviluppo di core TCP/IP su dispositivi logici programmabili / valutazione di ASIC commerciali

3. Setup di un canale di esperimento

Stato REDI-GO 2010

• Le fasi 1 e 2 in parallelo– LNL: valutazione tecnologia 10GE e ASIC commerciali

– PD: sviluppo stack TCP per dispositivi logici programmabili

– BO: costruzione adapter di test (I anno standby)

(Bo azzera partecipazione a REDI-GO e continua l’attivita’ in SuperB)

luglio 2010 10

Valutazione 10GEConfigurazione di test

2 PCs with cards NetEffect E10G81GP

1 switch at 10 Gbit/s

2 copper cables full duplex

1 switch at 100 Mbit/s

CMS FARM – Tier 2 – Rack 26 @ LNL

transfer speed ≈ 1,2 GByte/s ≈ 9,6 Gbit/s;

use 94 of designed bandwidth;

latency ≈ 10 μs;

percentage CPU usage < 1 .

luglio 2010 11

Valutazione 10GEArchitettura hardware

Switch CMSFARMW011

Switch a 100 Mbit/s

Switch a 10 Gbit/s (Summit x650)

Redigo-01 Redigo-02

eth0 192.168.18.35

eth0 192.168.18.36

eth2 10.10.10.1 eth2 10.10.10.2

Switch 192.168.18.220 redigo-sw-01

Cards: Intel NetEffect NE020 E10G81GP

Driver: cxgb3 (OFED 1.5.2)

At Tier 2 Room – Rack 26

luglio 2010 12

Valutazione 10GETest di banda

Speed ≈ 1,2 Gbytes/s ≈ 9,6 Gbits/s

0.0E+00

2.0E+08

4.0E+08

6.0E+08

8.0E+08

1.0E+09

1.2E+09

1.4E+09

1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08

speed (

byte

/s)

buffer size (byte)

REDIGO speed

luglio 2010 13

Valutazione 10GETest di latenza

Round Trip Time ≈ 23 μs Latency ≈ 10 μs

REDIGO Latency

0,00E+00

5,00E-06

1,00E-05

1,50E-05

2,00E-05

2,50E-05

3,00E-05

0 10 20 30 40 50 60 70

buffer size (bytes)

Rou

nd T

rip

Tim

e (s

)

Switch designed latency is 2 μs.

Stack TCP per FPGA

•Sviluppato sistema di test (SystemC) di uno stack TCP/IP per simulatore logico (Synopsys VCS / Cadence Ncsim)

•Codifica del layer di allocazione/deallocazione dinamica dei buffer IP

•Codifica dell’interfaccia MAC per reti 1Gb/s e 10Gb/s

•Codifica dei layer ARP e IP

Richieste finanziarie 2011


PD 5.00 1.50 5.00 2.50 14.00 LNL 1.00 2.00 4.00 12.00 19.00

Personale

I. D'antone (0.10), M. Gulmini (0.30), G. Maron (0.30), A. Triossi (0.50), M. Bellato (0.40), F. Montecassiano (0.20) Totale FTE: 1.8 I. Lax (0.30), N. Toniolo, G. Rampazzo (0.30), R. Isocrate (0.30) Totale FTE: 0.9

Flavio Dal Corso

Sviluppo di un microdosimetro al Si portatile e miniaturizzazione elettronica di acq e read-out

Micro-si

INFN MI e PD

Responsabile Nazionale: Stefano Giulini Castiglioni Agosteo,

Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, Politecnico di Milano e INFN, Sezione di Milano.

Partecipanti

INFN-MI• Stefano Giulini Castiglioni Agosteo (PO, 50), Armando Foglio Para (PA, 30),• Marco Caresana, (RU,3 0), Andrea Pola (RU, 50) • Alberto Fazzi (PA, 50), Vincenzo Varoli (PA,50);

INFN-PD• Flavio Dal Corso (Tecn. INFN, 40) responsabile locale• Franco Gonella (Tecn. INFN, 20)• Matteo Pegoraro (Dir.Tecn., 20)• Pierluigi Zotto (PA, 30)

(nota: abbiamo perso Ivano Lippi, che è in aspettativa per motivi familiari)

Personale tecnico della sezione utilizzato: Enrico Borsato e Luciano Modenese

Siamo in ritardo con il programma per vari motivi di seguito riportati

chiedamo l’estensione del progetto per un anno

Scopo dell’esperimento MICRO-SI Lo scopo dell’esperimento è la realizzazione di un microdosimetro al silicio portatile,

che permetta di effettuare la caratterizzazione di campi di radiazione nelle missioni spaziali, nella radioterapia e nella ricerca.

n+ (As)

n+ (P)

p+ (B) deep imp

~2 μm

500 μm

ΔE stage

E stage

• Thin diode• ST Microelectronics

technology• Charge collection• Sensitive volume

Il microdosimetro è stato sviluppato dopo vari studi: SID (con cui il gruppo di Padova ha collaborato nel 2001-2002), SISP (con una breve collaborazione nel 2003) e FAR14 (in ambito MIUR e in collaborazione con ST).

Rivelatore

The 1 mm2 detector

Front view

IΔE = 40 pA

CΔE = 170 pF CE = 2 pF

IE = 60 pA

ΔE stage

E stage

Impegni di Padova

1. Risposta dei rivelatori micrometrici ad adroni carichi e campi neutronici

Produzione di una camera di irraggiamento sotto vuoto (2008) ed elettronica lettura corrente (riutilizzata dal Radiation Monitor di ZEUS - Padova). Misure al Van De Graaff CN del LNL.

• Microdosimetro al silicio portatile

Studio di fattibilità di amplificatore integrato (2008) . ASIC CMOS analogica e logica coincidenza. Prototipazione di circuiti a discreti per amplificatori e acquisizione in coincidenza.

Progetto ASIC e run di prova (2009). Produzione ASIC e test (2010). Ingegnerizzazione.

La camera di irraggiamento sotto vuoto è stata costruita nel 2008. A causa, prima della ristrutturazione del CN di Legnaro, poi di problemi al nostro DAQ, è stato possibile testarla al CN solo in due turni; il 24-25 febbraio 2010 e il 21-24 maggio 2010 (e un paio di giornate in parassitaggio nel 2009).

Risposta dei rivelatori micrometrici ad adroni carichi e campi neutronici

Crociera di allineamento

C3 C2 C1

C4

Crociera di allineamento

Rivelatore

- ridotta l’accettanza angolare del blocco collimatori e l’intensità del fascio che incide sul rivelatore.

- ottenuto con un doppietto di collimatori (C3 in fig.) da 0,5 mm, distanti 40 mm. C2 e C1 (Ø 2,5 e 5 mm.)

- sistema di allineamento con il fascio entro 3 mrad.

1.1.1 Calibrazione delle correnti sui collimatori vs intensità e focalizzazione del fascio. Le modifiche apportate alla camera hanno enormemente migliorato la capacità di desumere la corrente sul bersaglio dalle misure delle corrente sui collimatori, malgrado le notevoli instabilità del fascio al Van De Graaff CN del LNL. L’eccellente linearità della relazione tra correnti sui collimatori e corrente sul target permette di estrapolare la misura ben sotto la sensibilità dei picoamperometri (risoluzione 1 pA)

1.1 Misure alla camera di irraggiamento

1.1.2 Misure sul rivelatore sotto irraggiamento.


• La riduzione dell’intensità di fascio operata dal doppio collimatore C3 permette la misura sul rivelatore anche posizionato sul fuoco del fascio. Il controllo sulla dose è molto più accurato.

• È anche possibile (seppure alle minime intensità di fascio) effettuare delle misure di rateo, con frequenze sostenibili dal DAQ (fig. a lato).

• Le caratteristiche I(V) delle due giunzioni che formano il rivelatore vengono periodicamente misurate durante l’irraggiamento, e le correnti indotte dall’irraggiamento continuamente monitorate.

• Si è capito che la “morte” del rivelatore, più che dalla degradazione delle caratteristiche elettriche, è definita meglio dalla perdita di risoluzione, ovvero dalla degradazione del rapporto segnale/rumore alla risposta al passaggio del protone singolo.

1.1.3 Misure di tolleranza all’irraggiamento.

• Le misure di tolleranza all’irraggiamento sono appena iniziate (due giorni al CN: 22-23 giugno 2010). I dati sono estremamente preliminari

• Sono stati irraggiati tre rivelatori uno è stato danneggiato molto velocemente; gli alrei sono stati monitorati con maggiore attenzione. Hanno mostrato un pesante degradamento delle caratteristiche elettriche (in figura il comportamento dello stadio E in funzione della dose), ma continuavano a fornire segnali utili.La stima della dose nei rivelatori è stata ottenuta interpolando i dati di calibrazione.

• Essendo possibile ottenere lo svuotamento aumentando la tensione di polarizzazione, non è definita in maniera inequivoca la dose minima sopra la quale il rivelatore diventa inutilizzabile. Verosimilmente funzionerebbero fino alla tensione di breakdown (~150V)


Programmi per i prossimi run 2010

• L’ottimizzazione della camera di irraggiamento ha soddisfatto le nostre migliori aspettative.

• I test sui rivelatori sono appena iniziati. Contiamo di irradiare un numero significativo di rivelatori per ottenere in’indicazione affidabile della vita media dei dispositivi.

• Dobbiamo integrare il sistema di acquisizione con un monitor continuo del rapporto segnale/rumore dei rivelatori, attualmente mancante per definire la dose a cui il rivelatore diventa inutilizzabile

• Test dell’amplificatore integrato e del sistema di readout con protoni e alpha a bassa intensità

• Test su nuovi prototipi promessi da ST-MicroElectronics

Misure alla camera di irraggiamento

- Misure con amplificatori prototipo a componenti discreti, non ottimizzati per il rivelatore.

- disegno di un amplificatore integrato, in avanzata fase di realizzazioneRallentamento (tutto 2009) causa incongruenze nelle licenze per l’uso del software Europractice.

- sottomissione del 1° prototipo dell’ASIC di frontend prevista per il 30 agosto p.v.

In questa prima versione saranno integrate, in tecnologia CMOS 0.35µ AMS, 2 catene analogiche complete di preamplificatore di carica a basso rumore, shaper unipolare semigaussiano con tempo di picco di circa 3µs, baseline restorer e peak detector.Readout: si prevede inoltre di implementare una semplice interfaccia I2C slave con l'accesso in lettura e scrittura a registri di 8 bit necessari per il controllo dei parametri di acquisizione nella versione finale.

Il progetto del primo prototipo permetterà l'accesso ai punti critici dei vari blocchi funzionali per facilitarne la prova.

Entro fine 2010

- consegna di 30 chip prevista; - preparate le attrezzature per i test al banco

in funzione dell’esito di questi test si potranno definire eventuali modifiche dei circuiti già definiti ed inserire altre funzioni in vista di una seconda sottomissione a metà dell’anno prossimo con inclusione della parte logica e di readout per rendere il sistema portatile

Studio di fattibilità di amplificatore integrato. Prototipazione di circuiti a discreti.

Richieste finanziarie 2011

Richieste ai servizi 2011

OM: piccoli aggiustamenti alla camera di irraggiamento 0,5 mu

OE: scheda di test per prototipi 2 mu


PD 1.00 1.00 13.00 0.00 15.00

WIDEST1Laura De Nardo

Cura dei tumori diffusi mediante laBORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT)

INFN PD – LNL - PV

EURADOS, European Dosimetry Group, ATI, Austrian Technological Istitute, Politecnico di Pisa, Politecnico di Milan, IOV PadovaDip. di Chirurgia Univ. PV e Policl. S. Matteo

Laura De Nardo (0.50, G. Tornielli (0.50), D. Moro (0.50)

P. Colautti (0.50), S.C. Ceballos (1.00), Jori Giulio (0.50)

S. Altieri (0.40), F. Ballarini(0.50), D. Santoro (1.00), N. Protti (1.00)

Obiettivi generali

• testare l’efficacia della BNCT sulle metastasi polmonari in un modello animale

• generalizzare il risultato dell’assorbimento selettivo del 10B con altri modelli animali

• correlare con la qualità microdosimetrica dei dati raccolti in diversi campi neutronici

• misurare la concentrazione del boro in campioni sani e tumorali di pazienti

Progetto nuovo microdosimetro con tubi di campo

0 100

1 10-1

2 10-1

3 10-1

4 10-1

5 10-1

6 10-1

7 10-1

8 10-1

0.01 0.1 1 10 100 1,000

yd(y) spectrum without 10

B

yd(y) spectrum with 10

B

y [keV/µm]

light ions

protonselectrons

Esempio spettri microdosimetrici al TAPIRO (Casaccia ENEA)

Spettri relativi

Confronto Spettri microdosimetrici LENA - TAPIROspettri relativi

Prime misure presso il LENA

Obiettivi 2011 di PD-INFN e dei LNL

• Irraggiare i topi nella Colonna Termica del LENA (neutroni termici)

• Effettuare la caratterizzazione microdosimetrica dei campi neutronici del LENA a varie profondità in un fantoccio

INTERNO 4 k€

1.Misure di radiobiologia e microdosimetria al LENA 3 turni di 4 giorni per 1 persona 2.0

2. Viaggi ai LNL per 1 persona per la messa a punto dell’apparato sperimentale

di microdosimetria (4 mesi) 2.0

ESTERO 3.00 k€ 1.Contatti con l’istituto di ricerca austriaco ATI per la simulazione Monte Carlo del microdosimetro 3.0

INVENTARIO 2.5 k€

1. Oscilloscopio PicoScope 4424 1.5

2. Controller GPIB-USB per controllo remoto elettrometro Keithley 1.0

TOTALE 9.5 k€

Piano finanziario di PD-INFN 2011

0.5 mu officina meccanica per manutenzione apparato sperimentale


STARTRACK2Laura De Nardo

nanodosimetric STructure of hAdRon TRACKs

INFN PD – LNL

Laura De Nardo (0.50, G. Tornielli (0.50), D. Moro (0.50)

P. Colautti (0.50), V. Conte (0.50), M. Lombardi (0.50), M. Poggi (0.20),S. Canella (0.20)

PTB-Braunschweig Germania SOLTAN institute of Nuclear Physics Polonia AIT Austrian Institute of Technology Laplace Laboratory of Toulouse University Politecnico di Milano ENEA-Bologna

“Effetto accoppiamento”2 sub-lesioni si accoppiano per formare 1 lesione primaria

i1: ionizzazioni prodotte nel volume critico da un singolo adrone

i: ionizzazioni prodotte all’interno del volume critico da m adroni

(efficacia biologica): numero di lesioni primarie per ionizzazione

Alcune proprietà statistiche si trasmettono

ADRONE 2

112

1

1

21

2

imi

i

i

i

n

n

22

2 ip

n

Volume critico

Ionizzazioni i Sub-lesioni nLesione primaria

che può evolversi in un osservabile biologico

ADRONE 1 p

L: distanza media di accoppiamento corda media di un volume detto critico

Il ruolo della ionizzazione primaria e quella di un raggio δ

i12

i1

j 2

j i p j

i1: ionizzazioni prodotte da un singolo adrone in V

ip: ionizzazioni primarie (statistica di Poisson) in V

j: ionizzazioni prodotte da un singolo raggio inV

La distribuzione delle ionizzazioni i1 causate da un

singolo adrone è il risultato della ip-esima

convoluzione della distribuzione j delle ionizzazioni causate da un raggio δ

Volume critico V

Traccia di un adrone

L: corda media diV

112

1

21 jpi

j

j

i

i

Obiettivo di STARTRACK

j 2

j

i12 i1

2

i1

j i1

i p

j i1Penombra

Core

e non sono direttamente misurabili. Possiamo solo misurare la

distribuzione di i1 (ionizzazioni prodotte da un singolo adrone in un volume

sensibile di dimensioni pari a circa 25 nm di acqua liquida) al variare del

parametro d’impatto d.

Verificare l’invarianza di e di

j 2

j

j

j 2

j

j

Però, indipendentemente dalla molteplicità dei raggi vale sempre la relazione:

Per j si hanno invece due casi:

Volume sensibile del

rivelatore

Misura la distribuzione del numero di

ionizzazioni prodotte da un singolo adrone in un

volume sensibile di dimensioni pari a circa

20 nm di tessuto equivalente al variare

del parametro d’impatto d.

L’esperimento STARTRACK

Misure previste in STARTRACK2

Cammino libero medio di ionizzazione p in gas propano di ioni idrogeno, litio

e carbonio

INTERNO 3.5 k€

1. Contatti scientifici con le collaborazioni italiane 1.0

2. Trasferte ai LNL per 2 persone per la preparazione e partecipazione ai turni di misura 2.5

ESTERO 2.50 k€ 1.Partecipazione di 1 persona al XIV congresso di Radiation Research (Varsavia) 2.5

CONSUMO 3.5 k€

1. Colla epossidica a 2 componenti Stycast 2850 ft per isolamento circuiti elettronici di front end 0.5

2. Componentistica per manutenzione elettronica del rivelatore. Connettori vari per elettronica di front-end, per

le diverse schede e minuteria varia

3.0

TOTALE 9.5 k€

Piano finanziario

1.5 mu officina meccanica per manutenzione apparato sperimentale

1.0 mu officina elettronica per costruzione fron-end e manutenzione apparato


XDXL(X DRIFT EXTRA LARGE)

Paolo Rossi

Appliczioni di spettroscopia X ad alta risoluzione con rivelatori a deriva di silicio di grande superficie.

INFN BO, PD, Roma II, TS

applicazioni dei Silicon Drift Detector

-all’astronomia X su satelliti (in coll. con l’INAF ) - alla bio-medicina (Bo, PD-LNL con test su Topi al “laboratorio di Radiofarmaci e Imaging Molecolare” (LRIM) sito presso I LNL.

Realizzazioni ed Acquisti anno 2010-tests presso il laboratorio LRIM della parte calorimetrica. Provati diversi cristalli (LaBr, CsI, GSO) in configurazione “continua” e “segmentata” con sorgenti radioattive in fase solida (Co-57) e in fase liquida (Tc-99*). Elettronica di readout sviluppata presso la sezione di Bologna. -Simulazione dell’intera Compton Camera, comprendente Tracker (SDD) e calorimetro con il Monte Carlo GEANT4. Da questi studi e dalle misure si e’ concluso fra l’altro che nel nostro caso cristalli segmentati sono da preferire a cristalli continui.

-Sviluppo di algoritmi della ricostruzione spaziale tomografica tipica di una Compton Camera per SPET animale. Il lavoro e’ in corso e viene verificato a partire da dati simulati (GEANT4). -Acquisto PMT 64 anodi Hamamatsu-8500C-MOD8 (alta QE, quant.eff.)., per ~4000E (su fondi concessi in corso d’anno del 2009). Questo ha sostituito l’acquisto di una scheda ADC-NI-PCI (una sk simile e’ stata riciclata da altri esp.)

-Acquisto prossimo, fondi 2010, di un cristallo segmentato, del tipo indicato dai tests.

- Il lavoro preventivato per l’ufficio tecnico e l’officina meccanica (per il supporto della CC animale) verra’ modificato e parzialmente spostato per tenere conto della nuova struttura di “Dimostratore” previsto per il 2011.

-Art. NIMA (“accettato”) dal titolo “Design and Performance Tests of the Calorimetric Tract of a Compton Camera for Small-Animals Imaging” (P. Rossi et al.), DOI= 10.1016/j.nima.2010.07.018.

Attivita’ prevista per il 2011

1) Sviluppo di un “Dimostratore” di Compton Camera (CC) bio-medica per SPET animale, le cui caratteristiche sono suggerite dai test e dalle simulazioni realizzate nel 2010.

Il prototipo sara’ costituito da:

- 4 moduli calorimetrici (ciascuno di superficie attiva 50x50 mm2 e costituito da un cristallo scintillatore segmentato di profondita’ 20 mm e “stride” di 1.5 mm, e da un PMT H8500C-MOD8 alta QE. Acquisizione a cura della sez. BO, che sta completando un R/O di 256 canali. Dei 4 PMT due ad alta QE sono acquistati da PD (uno su fondi 2010) e due sono di precedenti exp. Due cristalli segmentati sono acquistati da Padova (uno su 2010) e due da Bo.

- Un modulo “Tracker” basato su un rivelatore SDD-Alice gia’ esistente e un R/O in via di sviluppo da parte della collaborazione XDXL, comprendente un ASIC pre-amplificatore di nuova realizzazione.

La parte calorimetrica, il montaggio meccanico complessivo e I test su fantocci radioattivi e su topi sono a carico delle sezioni di Padova e Bologna. Il Tracker a cura della sezionbe di Ts.

I test col dimostratore sono previsti sia presso il laboratorio LRIM che presso struture ospedaliere provviste di ciclotrone medico per la produzione di beta+ emittenti.

2) Sviluppo degli algoritmi di ricostruzione tomografica di una CC per SPET animale (gia’ iniziato nel 2010 con test su eventi simulati da GEANT4) e verifica delle loro prestazioni a partire da distribuzioni reali di gamma provenienti da fantocci radioattivi e animali da test.

Richieste k€Interno

Viaggi per riunioni di collaborazione e viaggi regolari Padova-LNL per attivita’ al laboratorio LRIM. Collaborazione con il San Raffaele di Milano per test con radioisotopi beta+ emittenti

2.0

Estero

Partecipazione di una persona ad una conferenza internazionale relativa ai rivelatori per medicina, come la NDIP 2011 (Lione, Fr),”6th International Conference on New Developments in Photodetecion”

2.0

Consumo

Materiali vari per la costruzione di un supporto per posizionamento statico di una Camera Compton per SPET animale

1.0

Materiali radioattivi (3 generatori Tc-99* del costo di 0.5k€ e della durata di due settimane ) per test su fantocci e piccoli animali

1.5

II Lamina di cristallo 50x50x5 mm3 per ulteriore modulo calorimetrico 5.5

Inventariabile

Fotomoltiplicatore multianodo ad alta efficienza quantica a 64 canali, modello Hamamatsu-8500C-MOD8, alta QE

4.0

TOTALE 16.0

Piano finanziario

Partecipanti

-Ufficio TecnicoProgetto di un supporto per posizionamento statico per una camera Compton per SPET animale. Il supporto dovrà sostenere vari piani di rivelatori ( tracker SDD e 4 moduli calorimetrici) di peso e dimensioni ridotte, e dovrà permettere il posizionamento statico degli stessi a vari angoli e distanze. La dimensione lineare della struttura sarà dell’ordine di 0.5 m.

Impegno: 1 mu-Officina MeccanicaRealizzazione di un supporto per posizionamento statico per una camera Compton per SPET animale.

Impegno: 2 mu

Paolo Rossi (1.00), C. Fontana (1.00), G. Gennaro (1.00), G. Moschini (0.25)A. Battistella (0,10)


Progetti TN in continuazione 2011Progetti TN in continuazione 2011

Sigla Titolo Anni Sezioni

partecipanti

Coordinatore

nazionale

TRIDEAS Development and optimization of silicon detectors with 3-D Electrodes and Active edgeS

2009-2011 BA, TN, TS-dot.

(+ FBK-irst) e supporto esterno GE e UD

Gian-Franco

Dalla Betta

(Trento)

VIPIX Vertically Integrated PIXels

2009-2011 BO, MI, PG, PI, PV, Roma III, TN, TO, TS

(+FBK-irst)

Valerio Re

(Pavia)

N.B. Si prevede anche una partecipazione ad ATLAS su dotazioni di Gruppo I

TRIDEATRIDEASS

Obiettivo generale: Sviluppare ulteriormente ed ottimizzare (sia a livello tecnologico che progettuale) rivelatori 3D con bordo attivo, orientati ad applicazioni in sLHC.

Base di partenza: rivelatori 3D-DTC da progetto TREDI

Colonne non passanti, 3 lotti realizzati

In completamento entro l’estate (con ritardo) due lotti presso FBK:- 3D con colonne passanti - planari con bordo attivo

Nuovo lotto 3D con bordo attivo:- definita la tecnologia- completato progetto e layout- in corso wafer bonding

Fabbricazione @ FBK-irstFabbricazione @ FBK-irst

support wafer

detector wafer

oxide

Completamento lotto entro fine anno

Ottimi risultati su rivelatori esistenti sia in laboratorio che in beam test

CaratterizzazioneCaratterizzazione

0 10 20 30 40 50 60Reverse voltage (V)

180

200

220

240

260

280

Equ

ival

ent N

ois

e C

harg

e (e

lect

rons

) 2E

3E

4E

Rumore ENC vs polarizzazione in pixel con 2, 3, 4 elettrodi Distribuzione carica raccolta

in pixel 2E a 35V di polarizzazione con sorgente beta Sr90

Beam test al CERNBeam test al CERNDipole magnet

B Field

AngleHit efficiency

OFF 0o 99.0 %

15o 99.8 %

ON 0o 98.9 %

15o 99.8 %

Magnetic field (1.55 T) and Tilt angle

Pixel 3E

Risultati preliminari post-irraggiamentoRisultati preliminari post-irraggiamento

Irraggiamento con neutroni da reattore a JSI Ljubljana (05/10)

(Fluenze di 1, 3, 5e15 1-MeV neq/cm2)

ToT

Beam test CERN (June 14-21, 2010)

Distribuzione carica raccolta

Piano attività 2011Piano attività 2011

Caratterizzazione elettrica e funzionale primo

lotto di rivelatori 3D con bordo attivo Revisione processo/layout, sottomissione

secondo lotto Test di irraggiamento e beam test al CERN sui

migliori rivelatori del primo lotto 3D con bordo

attivo

VIPIXVIPIXObiettivo generale: Sviluppo di sistemi a pixel per tracciatori sottili di particelle

cariche basati su tecnologie di integrazione verticale (VI)

Diode

Analog readoutcircuitry

Diode


Diode


Diode


Pixel control, CDS,A/ D conversion

Conventional MAPS 4 Pixel Layout 3D 4 Pixel Layout

Sensor

Analog

Digital

Cu for wafer bond to 3rd layer

12um

1) Integrazione verticale fra 2 layer di cui uno contiene un sensore MAPS e il front-end analogico, e il secondo il readout digitale

• Pixel ibridi in VI: sensore a pixel ad alta resistività completamente svuotato abbinato a chip di lettura CMOS su due layer (analogico-digitale) mediante: a) integrazione verticale; b) bump-bonding

StatusStatus- Perseguito finora l’approccio ibrido con bump bonding

- Progettati, fabbricati (FBK) e caratterizzati elettricamente pixel sottili con pitch x-y 50 micron

- Bump-bonding in corso a IZM con chip di read-out VI (2 layer)

Lotto VIPIX 1Lotto VIPIX 1Rivelatori a pixel “n-on-n”, spessore 200 μm,

pitch 50 μm, p-spray isolation

-5.00E-09

-4.00E-09

-3.00E-09

-2.00E-09

-1.00E-09

-3.00E-23

0 20 40 60 80Reverse Voltage (V)

Tota

l cur

rent

(A)

Piano attività TN 2011Piano attività TN 2011 Approfondimento contatti con fornitore di servizio di

interconnessione verticale Progetto di un nuovo lotto di rivelatori ottimizzati adatti

all’assemblaggio con nuovi chip di lettura tramite tecniche di interconnessione verticale.

Fabbricazione e caratterizzazione elettrica lotto ottimizzato

Integrazione verticale con chip di lettura, test funzionali

Riassunto FTE 2011Progetto \ Persona Ruolo TRIDEAS VIPIX

Gian-Franco Dalla Betta PA 50% (resp)

20% (resp)

Giovanni Verzellesi PO 50% 50%

Ignazio Lazzizzera PA 20% -

Giorgio Fontana TC. EP 50% 50%

Ambra Gresele Post-Doc. 20% -

Marco Povoli Dott. 60% -

Vladyslav Tyzhnevyi Dott. 50% 50%

Michele Benetti Dott. 100% -

Paolo Gabos Dott. 100% -

Totale FTE per progetto 5.0 1.7

Riassunto richieste 2011Progetto \ Voce TRIDEAS VIPIX

Missioni interne:

- riunioni tecniche e di coordinamento, attivita’ presso altre sedi

1.5 2.5

Missioni estero:- Partecipazione conferenze internazionali- Test di irraggiamento

4.0

1.5

2.5

Consumabili:

- Mat. Laboratorio: probes, componentistica elettronica, connettori, supporti, laser, etc. - Fabbricazione 1 lotto rivelatori @ FBK-irst

(prezzo convenzione 2200 Euro/litografia)

- Servizio di wafer bonding per il lotto di cui sopra

2.5

26.5 s.j.

8.0 s.j.

2.5

Totale (k€) 9.5 + 34.5 sj

7.5

SOIPDSOIPDSSilicon On Insulatorilicon On Insulator

Dario BiselloDario Bisello

KEK-LBNL-Padova

collaboration

Silicon On Insulator (SOI) detectorsSilicon On Insulator (SOI) detectors

SOI-IMAGER (2009)SOI-IMAGER (2009)

• 0.20um OKI FD-SOI technology• 256256 analog pixels (13.7513.75 um2)• 4 analog outputs• 5mm chip, 3.2mm active • Tested in 2009

● CMOS electronics implanted on a thin silicon layer on top of a buried oxide (BOX): ensures full dielectric isolation, small active volume and low junction capacitance.

● Depleted radiation sensors can be built by using a high resistivity substrate and providing a technology to interconnect the substrate through the BOX

SON of SOI-IMAGER (2010)SON of SOI-IMAGER (2010)

• 0.20um OKI FD-SOI technology• 256256 analog pixels (13.7513.75 um2)• 4 analog outputs• 5mm chip, 3.2mm active • R&D version of last year’s SOI-Imager; sub-matrices of pixels with different flavours• Delivered at the end of June

● The substrate voltage acts as a back-gate, changing the transistor threshold until making it unable to work for voltages > 15V. P+ implants (PSUB guard-ring) surrounding each pixel were implemented to mitigate the problem.

Tests on SOI-ImagerTests on SOI-Imager

• For typical working voltages (up to Vback = 15V, before triggering the back-gate effect), the noise of the detector is 60 e-.

• At Vback = 15V, the corresponding depleted depth is 30μm.

• No evident peak corresponding to 5.9 keV X-ray photon from 55Fe source; the spectrum is “spread”, with a shoulder. Two possible explanations:

• the guard-ring steals part of the charge

• there is a large component of diffusion in the undepleted volume

• Calibration is still possible in the hypothesis that the shoulder corresponds to the right part of the Gaussian peak.

ADC cnts

Results presented at VIPS 2010

Workshop on Vertical Integrated Pixel Sensors Pavia, 22-14 April 2010

Radiation damage testsRadiation damage testsSOI technology is particularly sensitive to Total Ionizing Dose (TID)Total Ionizing Dose (TID), due to positive charge trapping in the thick buried

oxide. This problem is still more concerning for depleted detectors built in this technology.

• SEU cross section studies were performed at the SIRAD irradiation facility of the Laboratori Nazionali di Legnaro, for two different depletion voltages (Vback=0V and Vback=7V).

Vback = 0V Vback = 7V

• Total Dose tests were performed at the X-ray facility at the Laboratori Nazionali di Legnaro, for different depletion voltages.

With respect to Single Event Upsets (SEU)Single Event Upsets (SEU), SOI devices were traditionally considered more radiation hardened than the standard bulk CMOS technology (smaller charge collection volume).

Results presented at:

RADECS 2009European Conference on Radiation andits Effects on Components and Systems

Bruges, September 14-18 2009

TWEPP 2009Topical Workshop on Electronics for

Particle PhysicsParis, September 21-25 2009

• No significant differences can be observed in the LET threshold (LETthr 4 MeV·cm2/mg), nor in the saturated cross section (sat 10-6 cm2) for the two different biasing configuration .

• Tests shown that, provided a way to keep low the voltage under the BOX, this technology can tolerate a dose level up to 1Mrad, opening up possibilities for the application of such detectors in HEP experiments.

SOIPD 2010SOIPD 2010

The new SON of SOI-Imager chip The new SON of SOI-Imager chip • The last chip produced (Son of SOI-Imager) exploits a new process provided by the foundry: the Buried P-Well (BPW) implantation, consisting of a low-doped implant below the BOX. The BPW should efficiently screen the top-electronic from the voltage applied to the substrate. The back-gate effect should hence be reduced and the radiation tolerance of the technology should improve.

• This chip features 8 different pixel flavors, combining together different configurations for the collecting diode, the PSUB guard-ring around each pixel and the BPW process.

No guard-ring around the pixel and BPW below the electronics:55Fe peak at 5.9keV is visible at

Vback = 60V!

• Preliminary results on the chip show that some sectors are properly working up to several tens of volt.

Buried P-Well process8 pixel flavors

Future activity: 2010Future activity: 2010

• Complete the test on the chip just arrived (with the 55Fe source)

• Tests on the chip thinned down to 50μm. Fully depletion might be possible (back-illumination with laser, 55Fe spectra with no component of diffusion, …)

• Micromapping of SEU sensitivity with the Ion Electron Emission Microscope at Laboratori Nazionali di Legnaro

• Test beam at CERN (September)

• Test with monochromatic X-ray photons at the X-ray facility of Legnaro in the energy range 5-15keV

• New submission with improved design at the end 2010

• Test of the new production (55Fe source, Infrared laser, …); characterization of the chip with backthinning and backprocessing (UV, soft X-rays, …)

• Assess radiation hardness of the technology with the BPW process (total dose, SEE)

• Test beam at CERN with a full SOI telescope (4 layers)

• OK for a final production of a commercial 1024×1024 pixel chip

Future activity: 2011Future activity: 2011

• J. Wyss 30

• A. Candelori 50

• S. Mattiazzo 40

• M. Nigro 100

• D. Bisello 30

• L. Silvestrin 100

Miss. Interno 1 K€

Miss. Estero 8 “

Consumo 11 “

-------------

Tot. 20 K€

• Elettronica

Partecipazione test, disegno boards, preparazione e partecipazione test beam, partecipazione e preparazione irraggiamenti: 15 m/u

• Meccanica

Meccanica per test beam e per linee irraggiamento: 4 m/u

Personnel, Budget, ServicesPersonnel, Budget, Services

LePix

Bari, Padova, Torino (R.N. Angelo Rivetti), CERN & Strasbourg

Dario Bisello

Sviluppo di rivelatori a pixel monolitici veloci e rad-hard implementati in processi CMOS standard da 90 nm

prodotti su wafer a moderata resistività.

Deep submicron CMOS processes (90 nm nodes) in wafer of higher resistivity (> 100 · cm).

Digital groundAnalog ground

Aggressor node

Junction capacitance

Sensitive node

Substrate contactSubstrate contact

Lightly doped substrate


Aggressor node


Sensitive node




Aggressor node


Sensitive node

Substrate contact

Highly doped substrate

Epi-layer


Aggressor node


Sensitive node

Substrate contact


Epi-layer

a) b)


Aggressor node


Sensitive node




Aggressor node


Sensitive node




Aggressor node


Sensitive node

Substrate contact


Epi-layer


Aggressor node


Sensitive node

Substrate contact


Epi-layer

a) b)

Higher substrate resistivity enhances the separation between different circuit blocks (better insulation between digital and analogue).

A resistivity of 200 · cm allows a uniform depletion layer of 30 μm – 40 μm with a reverse bias voltage of 100 V.

Collection by drift + moderate resistivity: good radiation hardness (adequate for LHC upgrades, leptonic machines).

LePix: what’s new

Pixel matrix with “Small” input device (W=1.5um x L=100nm)

Pixel matrix with “Large” input device (W=5um x L=240nm)

Top chip matrix 32x6 pixels, (insulated

from the matrix core)

Low vt thin PMOS

32 x 16 continuous reset (w

ith transistor)

32 x 16 active reset (w

ith diode)Thic

k PM

OS

devi

ce

NM

OS

devi

ce

Bottom chip PADS Readout analog (Maps-like or CSA)

Digital blocks +

LePix: matrixes

test setup

Custom made, credit card size mezzanine with onboard temperature sensor and memory for plug-and-play chip identification. 1 buffered and differential sequential output for matrix readout plus 16 parallel buffered only outputs for test pixels monitoring.

Mezzanine carrier board. Hosts LVDS to single ended translation chips, DACs for bias level remote control, power supply and conversion circuits.

Main DAQ box, the same used for the SOI project with improved firmware and software. 4 14bits, 100 Msample/s ADC plus 32 In and 32 Out LVDS lines.

Planned testing with 55Fe, laser source, beam

LePix: DAQ system

2010

Matrixes and test structures have been delivered to CERN June 23

CERN (M. Moll) is testing the diodes, and should have results by the end of July

Padova is completing the DAQ and test system for the matrixes

Measurements on matrixes are planned to start by the end of August

It will take some months for a comprehensive technology and design evaluation.

After the first month of measurements on the matrixes (by the end of September) we should have enough data to drive a next version design.

Submission of an improved design looks highly feasible by the end of the year

LePix: 2010 planning

2011

Test new, improved devices

Produce, test, deliver more DAQ systems to italian collaborators

Organize and peform radiation tests (total dose, SEE) at LNL.

Test beam at CERN to characterize actual tracking capabilities

Submission of an improved, application oriented design by the end of the year

LePix: 2011 planning

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 611 (2009) 105–110TechnicalNote A DAQ system for pixel detectors R&D M. Battaglia a,b, D.Bisello c,d, D.Contarato b, P.Giubilato b,c, , D.Pantano c, M.Tessaro d

J. Wyss (RL) 0.70, A. Candelori 0.50, S. Mattiazzo 0.30, G. Viesti 0.30, A. Paccagnella 0.30M. Tazzoli 0.70, M. Bagatin 0.30, D. Pantano 0.50

Personale

Richieste finanziarie


PD 2.00 5.00 ( + 4.00 ) 21.00 0.00 28.00 ( + 4.00 )

Elettronica

Partecipazione tests 2 m/u

Disegno boards 2 m/u

Partecipazione test beams

2 m/u

Preparazione DAQ 6 m/u

Irraggiamenti 3 m/u

15 m/u

Meccanica

Meccanica per test beam 2 m/u

Meccanica per irraggiamenti 2 m/u

4 m/u

Esperimenti di Gr 5 2010 – 2011 PD - TN FAIR 2010 NEUTRA 2010 HEPMARK 2011 prol REDI - GO2011...

Documents

Transcript of Esperimenti di Gr 5 2010 – 2011 PD - TN FAIR 2010 NEUTRA 2010 HEPMARK 2011 prol REDI - GO2011...