CMS Upgrade: Teknisiä haasteita

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

2. CMS 2005 20:n vuoden T&K-, suunnittelu-jarakennusprojektiviimeinvalmis! 2008 Upgrade? Antti Onnela, CERN

3. CMS Antti Onnela, CERN

4. CMS:npoikkileikkaus Näyttää hiukkastenlentoradanCMS:ssä

5. HiukkasjäljetCMS:nträkkerissä 1032 cm-2 s-1 1033 Super LHC: 1035 LHC nominal: 1034 I. Osborne CMS suunniteltuLHC:nluminositeetille 1034. Sisimpänäolevanträkkerinsuorituskykyongelmana 10x luminositeetilla. Antti Onnela, CERN

6. Nykyinen CMS Tracker Piidetektori-moduli1 - 2 piisensoria512 - 1024 kanavaa50g Koko tracker25’000 piisensoria9’600’000 kanavaa3500 kg, josta 650 kg piimoduleissa Antti Onnela, CERN

7. Vaatimuksiatrackerille Antti Onnela, CERN

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

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

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

11. Uusijäähdytys: 2-faasi CO2 ? • Korkealämpökapasiteetti→ vähemmän jakoputkia, pienemmät putket / enemmän lämpökuormaa → vähemmän massaa • Erittäin korkea lämmönsiirtokerroin → pienemmät lämmönvaihtimet → vähemmän massaa • Kevyempikuin C6F14 (massaltaanjasäteilypituudeltaan) • Salliimatalammankäyttölämpötilan (jostarpeen) • Oleellisestihalvempi: CO2 (1 CHF/kg) vs. C6F14 (100 CHF/kg); • Luonnonaine, eikäyttörajoituksia (kohtuumäärissä…) • ”Suosikki” jäähdytysteollisuudessa tulevaisuuden jäähdytysväliaineeksi (teolliset prosessit, kylmäkalusteet, ilmastointilaitteet, jne.) Antti Onnela, CERN

12. CO2 -jäähdytys • Ei ihan yksinkertainen suunnitella ja rakentaa oikein: 60 bar @ +20C, herkkä korkeuseroille, paine-eroille, virtausnopeuksille, jne. • Silti paras kandidaatti SLHC trackeriin. • Pienillä putkenhalkaisijoilla huonosti tunnettu. Tutkimusta tarvitaan! B. Verlaat Antti Onnela, CERN

13. Luoksepäästävyys, säteilysuojaus Trackerinasennusjoulukuussa 2007 Antti Onnela, CERN

14. CMS Upgrade -aikataulu Uusi pixel detektori Uusi koko tracker LHC nominal Huom: Nykyisentrackerinrakennusvaihekesti 2000-2008 Antti Onnela, CERN

15. Loppupäätelmiä • 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! • 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... Antti Onnela, CERN