CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Antti Onnela, CERN  Miksi ”Upgrade”?  Mitä pitää parantaa: Tracker  Nykyisestä uuteen trackeriin: vanhoja ja uusia haasteita.

Esitys aiheesta: "CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Antti Onnela, CERN  Miksi ”Upgrade”?  Mitä pitää parantaa: Tracker  Nykyisestä uuteen trackeriin: vanhoja ja uusia haasteita."— Esityksen transkriptio:

1 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Antti Onnela, CERN  Miksi ”Upgrade”?  Mitä pitää parantaa: Tracker  Nykyisestä uuteen trackeriin: vanhoja ja uusia haasteita Massa / säteilyläpinäkyvyys Massa / säteilyläpinäkyvyys Virransyöttö Virransyöttö Säteilynkestävyys Säteilynkestävyys Jäähdytys Jäähdytys Luoksepäästävyys, säteilysuojaus Luoksepäästävyys, säteilysuojaus  Aikataulu

2 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita CMS Antti Onnela, CERN 2005 2008 20:n vuoden T&K-, suunnittelu- ja rakennusprojekti viimein valmis! Upgrade?

3 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita CMS Antti Onnela, CERN

4 CMS:n poikkileikkaus Näyttää hiukkasten lentoradan CMS:ssä

5 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Hiukkasjäljet CMS:n träkkerissä Antti Onnela, CERN 10 33 Super LHC: 10 35 10 32 cm -2 s -1 LHC nominal: 10 34 I. Osborne CMS suunniteltu LHC:n luminositeetille 10 34. Sisimpänä olevan träkkerin suorituskyky ongelmana 10x luminositeetilla.

6 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Nykyinen CMS Tracker Antti Onnela, CERN Piidetektori-moduli 1 - 2 piisensoria 512 - 1024 kanavaa 50g Koko tracker 25’000 piisensoria 9’600’000 kanavaa 3500 kg, josta 650 kg piimoduleissa

7 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Vaatimuksia trackerille Antti Onnela, CERN NykyinenUusi Säteilyläpinäkyvyys (keveys) Mahdollisimman kevytKevyempi kuin nykyinen! Säteilynkesto1 MGy, sisimmät osat10 MGy Käyttölämpötila-10 C-10 C tai alle Mittatarkkuus< 0.5 mm< 1 mm, jos voitetaan keveydessä Mittapysyvyys< 0.05 mm MuutaEdellinen tracker siirettävä pois tieltä. Käytettävä nykyisiä kaapelointeja ja putkia.

8 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Uusi tracker: massanpienennys Antti Onnela, CERN Lukuelektroniikan virransyöttö (2.5 V ja 1.25 V) nykyisin virtalähteistä moduleille saakka Lukuelektroniikan virransyöttö (2.5 V ja 1.25 V) nykyisin virtalähteistä moduleille saakka 25 kW detektorissa 25 kW detektorissa 10 kA ja 25 kW kaapeleissa (100 metriä), jotka massiiviset 10 kA ja 25 kW kaapeleissa (100 metriä), jotka massiiviset Uusi tracker? Uusi tracker? DC-DC konvertterit trackerissä DC-DC konvertterit trackerissä Komponenttien säteilynkesto, virrankulutus ja massa!? Komponenttien säteilynkesto, virrankulutus ja massa!? Virransyöttö sarjassa (serial powering) Virransyöttö sarjassa (serial powering) Virransyötön hallinta!? Virransyötön hallinta!? R. Ranieri

9 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Säteilynkesto ja materiaalit Antti Onnela, CERN Sensorien, elektroniikan, optokomponenttien säteilynkestoa tutkitaan laajalti (mm. HIPissä) Sensorien, elektroniikan, optokomponenttien säteilynkestoa tutkitaan laajalti (mm. HIPissä) Kuitulujitettujen muovikomposiittien säteilynkestävyys riittävä Kuitulujitettujen muovikomposiittien säteilynkestävyys riittävä Liimojen säteilynkestävyys ongelmallisempi Liimojen säteilynkestävyys ongelmallisempi Tutkimuksia ja materiaalitestejä tarvitaan Tutkimuksia ja materiaalitestejä tarvitaan Ideaalimateriaali olisi Ideaalimateriaali olisi Säteilyläpinäkyvä Säteilyläpinäkyvä Mittapysyvä (lämpötila ja kosteus) Mittapysyvä (lämpötila ja kosteus) Luja Luja Hyvin lämpöäjohtava Hyvin lämpöäjohtava Helppo valmistaa ja liittää Helppo valmistaa ja liittää Kohtuuhintainen... Kohtuuhintainen...

10 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Nykyinen jäähdytys Antti Onnela, CERN C6F14 nestekierto, alimmillaan -40C C6F14 nestekierto, alimmillaan -40C Hyvää: Hyvää: Erittäin hyvä eriste → ei oikosulkuja, jos vuotaa / roiskuu Erittäin hyvä eriste → ei oikosulkuja, jos vuotaa / roiskuu Matala viskositeetti myös matalissa lämpötiloissa Matala viskositeetti myös matalissa lämpötiloissa Helppo ja yksinkertainen käyttää Helppo ja yksinkertainen käyttää Huonoa: Huonoa: Kallis ja ei ekologinen aine, jolla korkea ilmastonlämmityspotentiaali (100 vuoden jaksolla 7400x hiilidioksidin vastaava per kg) Kallis ja ei ekologinen aine, jolla korkea ilmastonlämmityspotentiaali (100 vuoden jaksolla 7400x hiilidioksidin vastaava per kg) Matalahko lämpökapasiteetti → jakoputkia → massaa Matalahko lämpökapasiteetti → jakoputkia → massaa Matalahko lämmönsiirtokerroin → isot lämmönvaihtopinnat → massaa Matalahko lämmönsiirtokerroin → isot lämmönvaihtopinnat → massaa Huonosti valmistetut jäähdytyskoneistot (ei systeemin vika) Huonosti valmistetut jäähdytyskoneistot (ei systeemin vika)

11 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Uusi jäähdytys: 2-faasi CO 2 ? Antti Onnela, CERN Korkea lämpökapasiteetti → vähemmän jakoputkia, pienemmät putket / enemmän lämpökuormaa → vähemmän massaa Korkea lämpökapasiteetti → vähemmän jakoputkia, pienemmät putket / enemmän lämpökuormaa → vähemmän massaa Erittäin korkea lämmönsiirtokerroin → pienemmät lämmönvaihtimet → vähemmän massaa Erittäin korkea lämmönsiirtokerroin → pienemmät lämmönvaihtimet → vähemmän massaa Kevyempi kuin C 6 F 14 (massaltaan ja säteilypituudeltaan) Kevyempi kuin C 6 F 14 (massaltaan ja säteilypituudeltaan) Sallii matalamman käyttölämpötilan (jos tarpeen) Sallii matalamman käyttölämpötilan (jos tarpeen) Oleellisesti halvempi: CO 2 (1 CHF/kg) vs. C 6 F 14 (100 CHF/kg); Oleellisesti halvempi: CO 2 (1 CHF/kg) vs. C 6 F 14 (100 CHF/kg); Luonnonaine, ei käyttörajoituksia (kohtuumäärissä…) Luonnonaine, ei käyttörajoituksia (kohtuumäärissä…) ”Suosikki” jäähdytysteollisuudessa tulevaisuuden jäähdytysväliaineeksi (teolliset prosessit, kylmäkalusteet, ilmastointilaitteet, jne.) ”Suosikki” jäähdytysteollisuudessa tulevaisuuden jäähdytysväliaineeksi (teolliset prosessit, kylmäkalusteet, ilmastointilaitteet, jne.)

12 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita CO 2 -jäähdytys Antti Onnela, CERN Ei ihan yksinkertainen suunnitella ja rakentaa oikein: 60 bar @ +20C, herkkä korkeuseroille, paine-eroille, virtausnopeuksille, jne. Ei ihan yksinkertainen suunnitella ja rakentaa oikein: 60 bar @ +20C, herkkä korkeuseroille, paine-eroille, virtausnopeuksille, jne. B. Verlaat Silti paras kandidaatti SLHC trackeriin. Silti paras kandidaatti SLHC trackeriin. Pienillä putkenhalkaisijoilla huonosti tunnettu. Tutkimusta tarvitaan! Pienillä putkenhalkaisijoilla huonosti tunnettu. Tutkimusta tarvitaan!

13 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Luoksepäästävyys, säteilysuojaus Antti Onnela, CERN Trackerin asennus joulukuussa 2007

14 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita CMS Upgrade -aikataulu Antti Onnela, CERN Uusi koko tracker Uusi pixel detektori LHC nominal Huom: Nykyisen trackerin rakennusvaihe kesti 2000-2008

15 CMS Upgrade: Teknisiä haasteita Loppupäätelmiä Antti Onnela, CERN Suunnitellun LHC:n luminositeetin kasvun myötä CMS:n tulee uusia laitteitaan, tracker on uusintatöistä oleellisin Suunnitellun LHC:n luminositeetin kasvun myötä CMS:n tulee uusia laitteitaan, tracker on uusintatöistä oleellisin Tracker-projektissa useita teknisiä haasteita (uuden tulee olla parempi kuin edellinen), uusia ratkaisuja tarvitaan! Tracker-projektissa useita teknisiä haasteita (uuden tulee olla parempi kuin edellinen), uusia ratkaisuja tarvitaan!  Virransyöttö  Sensorien, elektroniikka- ja optokomponenttien säteilynkestävyys, suorituskyky + matala tehonkulutus  Konstruktiomateriaalit ja liitosmenetelmät (keveys, mittapysyvyys, lämmönsiirto)  Jäähdytys  Toiminta radioaktiivisella alueella, suojaukset, teleoperointi  Jne. Upgrade –projektit käynnistysvaiheessa ja vielä ehtii mukaan. Jotta vuosien 2013 ja 2018 tavoitteet saavutetaan, ei ole aikaa hukattavana... Upgrade –projektit käynnistysvaiheessa ja vielä ehtii mukaan. Jotta vuosien 2013 ja 2018 tavoitteet saavutetaan, ei ole aikaa hukattavana...