cms upgrade: teknisiä haasteita

CMS Upgrade: Teknisiä haasteita

CMS Upgrade: Teknisiä haasteitaCMS Upgrade: Teknisiä haasteita

Antti Onnela, CERN

Miksi ”Upgrade”?Miksi ”Upgrade”? Mitä pitää parantaa: TrackerMitä pitää parantaa: Tracker Nykyisestä uuteen trackeriin: vanhoja ja uusia Nykyisestä uuteen trackeriin: vanhoja ja uusia

haasteitahaasteita• Massa / säteilyläpinäkyvyysMassa / säteilyläpinäkyvyys• Virransyöttö Virransyöttö • SäteilynkestävyysSäteilynkestävyys• JäähdytysJäähdytys• Luoksepäästävyys, säteilysuojausLuoksepäästävyys, säteilysuojaus

AikatauluAikataulu


CMSCMS

Antti Onnela, CERN

2005

2008

20:n vuoden T&K-, suunnittelu-ja rakennusprojekti viimein valmis!

Upgrade?


CMSCMS

Antti Onnela, CERN

CMS:n poikkileikkausNäyttää hiukkasten lentoradan CMS:ssä


Hiukkasjäljet CMS:n träkkerissäHiukkasjäljet CMS:n träkkerissä

Antti Onnela, CERN

1033

Super LHC: 1035

1032 cm-2 s-1

LHC nominal: 1034

I. Osborne

CMS suunniteltu LHC:n luminositeetille 1034. Sisimpänä olevan träkkerin suorituskyky ongelmana 10x luminositeetilla.


Nykyinen CMS TrackerNykyinen CMS Tracker

Antti Onnela, CERN

Piidetektori-moduli1 - 2 piisensoria512 - 1024 kanavaa50g

Koko tracker25’000 piisensoria9’600’000 kanavaa3500 kg, josta 650 kg piimoduleissa


Vaatimuksia trackerilleVaatimuksia trackerille

Antti Onnela, CERN

Nykyinen Uusi

Säteilyläpinäkyvyys (keveys)

Mahdollisimman kevyt Kevyempi kuin nykyinen!

Säteilynkesto 1 MGy, sisimmät osat 10 MGy

Käyttölämpötila -10 C -10 C tai alle

Mittatarkkuus < 0.5 mm < 1 mm, jos voitetaan keveydessä

Mittapysyvyys < 0.05 mm < 0.05 mm

Muuta Edellinen tracker siirettävä pois tieltä.Käytettävä nykyisiä kaapelointeja ja putkia.


Uusi tracker: massanpienennysUusi tracker: massanpienennys

Antti Onnela, CERN

Lukuelektroniikan virransyöttö (2.5 V Lukuelektroniikan virransyöttö (2.5 V ja 1.25 V) nykyisin virtalähteistä ja 1.25 V) nykyisin virtalähteistä moduleille saakkamoduleille saakka 25 kW detektorissa25 kW detektorissa 10 kA ja 25 kW kaapeleissa (100 10 kA ja 25 kW kaapeleissa (100

metriä), jotka massiivisetmetriä), jotka massiiviset

Uusi tracker?Uusi tracker? DC-DC konvertterit trackerissäDC-DC konvertterit trackerissä

Komponenttien säteilynkesto, Komponenttien säteilynkesto, virrankulutus ja massa!?virrankulutus ja massa!?

Virransyöttö sarjassa (serial Virransyöttö sarjassa (serial powering)powering) Virransyötön hallinta!?Virransyötön hallinta!?

R. Ranieri


Säteilynkesto ja materiaalitSäteilynkesto ja materiaalit

Antti Onnela, CERN

Sensorien, elektroniikan, optokomponenttien säteilynkestoa Sensorien, elektroniikan, optokomponenttien säteilynkestoa tutkitaan laajalti (mm. HIPissä) tutkitaan laajalti (mm. HIPissä)

Kuitulujitettujen muovikomposiittien säteilynkestävyys riittäväKuitulujitettujen muovikomposiittien säteilynkestävyys riittävä Liimojen säteilynkestävyys ongelmallisempiLiimojen säteilynkestävyys ongelmallisempi

Tutkimuksia ja materiaalitestejä tarvitaanTutkimuksia ja materiaalitestejä tarvitaan Ideaalimateriaali olisiIdeaalimateriaali olisi

SäteilyläpinäkyväSäteilyläpinäkyvä Mittapysyvä (lämpötila ja kosteus)Mittapysyvä (lämpötila ja kosteus) LujaLuja Hyvin lämpöäjohtavaHyvin lämpöäjohtava Helppo valmistaa ja liittääHelppo valmistaa ja liittää Kohtuuhintainen...Kohtuuhintainen...


Nykyinen jäähdytysNykyinen jäähdytys

Antti Onnela, CERN

C6F14 nestekierto, alimmillaan -40CC6F14 nestekierto, alimmillaan -40C Hyvää:Hyvää:

Erittäin hyvä eristeErittäin hyvä eriste → ei oikosulkuja, jos vuotaa / roiskuu→ ei oikosulkuja, jos vuotaa / roiskuu Matala viskositeetti myös matalissa lämpötiloissaMatala viskositeetti myös matalissa lämpötiloissa Helppo ja yksinkertainen käyttää Helppo ja yksinkertainen käyttää

Huonoa: Huonoa: Kallis ja ei ekologinen aine, jolla korkea ilmastonlämmityspotentiaali Kallis ja ei ekologinen aine, jolla korkea ilmastonlämmityspotentiaali

(100 vuoden jaksolla 7400x hiilidioksidin vastaava per kg)(100 vuoden jaksolla 7400x hiilidioksidin vastaava per kg) Matalahko lämpökapasiteetti → jakoputkia → massaa Matalahko lämpökapasiteetti → jakoputkia → massaa Matalahko lämmönsiirtokerroin → isot lämmönvaihtopinnatMatalahko lämmönsiirtokerroin → isot lämmönvaihtopinnat → →

massaa massaa Huonosti valmistetut jäähdytyskoneistot (ei systeemin vika)Huonosti valmistetut jäähdytyskoneistot (ei systeemin vika)


Uusi jäähdytys: 2-faasi COUusi jäähdytys: 2-faasi CO2 2 ??

Antti Onnela, CERN

Korkea lämpökapasiteetti Korkea lämpökapasiteetti → vähemmän jakoputkia, pienemmät putket / → vähemmän jakoputkia, pienemmät putket / enemmän lämpökuormaa → vähemmän massaaenemmän lämpökuormaa → vähemmän massaa

Erittäin korkea lämmönsiirtokerroin → pienemmät lämmönvaihtimet → Erittäin korkea lämmönsiirtokerroin → pienemmät lämmönvaihtimet → vähemmän massaavähemmän massaa

Kevyempi kuin CKevyempi kuin C66FF1414 (massaltaan ja säteilypituudeltaan) (massaltaan ja säteilypituudeltaan) Sallii matalamman käyttölämpötilan (jos tarpeen)Sallii matalamman käyttölämpötilan (jos tarpeen) Oleellisesti halvempi: COOleellisesti halvempi: CO22 (1 CHF/kg) vs. C (1 CHF/kg) vs. C66FF1414 (100 CHF/kg); (100 CHF/kg); Luonnonaine, ei käyttörajoituksia (kohtuumäärissä…)Luonnonaine, ei käyttörajoituksia (kohtuumäärissä…) ””Suosikki” jäähdytysteollisuudessa tulevaisuuden jäähdytysväliaineeksi Suosikki” jäähdytysteollisuudessa tulevaisuuden jäähdytysväliaineeksi

(teolliset prosessit, kylmäkalusteet, ilmastointilaitteet, jne.)(teolliset prosessit, kylmäkalusteet, ilmastointilaitteet, jne.)


COCO2 2 -jäähdytys-jäähdytys

Antti Onnela, CERN

Ei ihan yksinkertainen suunnitella ja rakentaa oikein: Ei ihan yksinkertainen suunnitella ja rakentaa oikein: 60 bar @ +20C, herkkä korkeuseroille, paine-eroille, virtausnopeuksille, 60 bar @ +20C, herkkä korkeuseroille, paine-eroille, virtausnopeuksille, jne.jne.

B. Verlaat

Silti paras kandidaatti Silti paras kandidaatti SLHC trackeriin.SLHC trackeriin.

Pienillä Pienillä putkenhalkaisijoilla putkenhalkaisijoilla huonosti tunnettu. huonosti tunnettu. Tutkimusta tarvitaan!Tutkimusta tarvitaan!


Luoksepäästävyys, säteilysuojausLuoksepäästävyys, säteilysuojaus

Antti Onnela, CERN

Trackerin asennus joulukuussa 2007


CMS Upgrade -aikatauluCMS Upgrade -aikataulu

Antti Onnela, CERN

Uusi koko trackerUusi pixel detektori

LHC nominal

Huom: Nykyisen trackerin rakennusvaihe kesti 2000-2008


LoppupäätelmiäLoppupäätelmiä

Antti Onnela, CERN

Suunnitellun LHC:n luminositeetin kasvun myötä CMS:n tulee uusia Suunnitellun LHC:n luminositeetin kasvun myötä CMS:n tulee uusia laitteitaan, tracker on uusintatöistä oleellisinlaitteitaan, tracker on uusintatöistä oleellisin

Tracker-projektissa useita teknisiä haasteita (uuden tulee olla parempi Tracker-projektissa useita teknisiä haasteita (uuden tulee olla parempi kuin edellinen), uusia ratkaisuja tarvitaan!kuin edellinen), uusia ratkaisuja tarvitaan! VirransyöttöVirransyöttö Sensorien, elektroniikka- ja optokomponenttien säteilynkestävyys, Sensorien, elektroniikka- ja optokomponenttien säteilynkestävyys,

suorituskyky + matala tehonkulutussuorituskyky + matala tehonkulutus Konstruktiomateriaalit ja liitosmenetelmät (keveys, mittapysyvyys, Konstruktiomateriaalit ja liitosmenetelmät (keveys, mittapysyvyys,

lämmönsiirto)lämmönsiirto) JäähdytysJäähdytys Toiminta radioaktiivisella alueella, suojaukset, teleoperointiToiminta radioaktiivisella alueella, suojaukset, teleoperointi Jne.Jne.

Upgrade –projektit käynnistysvaiheessa ja vielä ehtii mukaan. Upgrade –projektit käynnistysvaiheessa ja vielä ehtii mukaan. Jotta vuosien 2013 ja 2018 tavoitteet saavutetaan, ei ole aikaa Jotta vuosien 2013 ja 2018 tavoitteet saavutetaan, ei ole aikaa hukattavana...hukattavana...

cms upgrade: teknisiä haasteita

Documents