E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Proposta per la costruzione del km3 E. Migneco Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali del Sud.

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Proposta per la costruzione del km3 E. Migneco Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali del Sud

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009  Breve ricapitolazione dei risultati di Fase-1  Stato di Fase-2  Proposta per la realizzazione del KM3 Progetto e caratteristiche Piano di costruzione ed installazione dell’apparato

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 NEMO Fase-1

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Architettura del km3: la proposta NEMO Rivelatore basato su “Torri” con distribuzione non omogenea dei sensori Struttura meccanica realizzata con una sequenza di piani ortogonali Struttura compattabile per integrazione e deployment

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 NEMO Fase-1 25 km E offshore Catania 2000 m depth TSS Frame Buoy Junction Box e.o. connection e.o. cable from shore Shore laboratory, Port of Catania e.o. cable 10 optical fibre, 6 conductors NEMO mini-tower (4 floors, 16 OM) Mini-Tower unfurled 300 m Junction Box 15 m Mini-Tower compacted

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009  Problemi riscontrati su Fase-1 Perdita di galleggiabilità dovuta alla boa difettosa Attenuazione sulle fibre ottiche all’interno della Junction Box  Problemi sulla Junction Box risolti con la sostituzione dei componenti difettosi  JB reinstallata e funzionante  5 mesi di dati analizzati  “Lessons learned” fondamentali per gli sviluppi successivi

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Sistema di posizionamento acustico Distance H0-H1 measured on floor 2 during 6 hours (1 Feb h.17-23) Each point is averaged in 300 s Construction 14.25±0.01 AP measure 14.24±0.06 Accuracy better than the required 10 cm

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Rate sui PMT The average measured rates are about 80 kHz for PMTs on floors 2, 3 and 4 as expected from 40 K decay plus a contribution of diffuse bioluminescence Rates measured from 10–20 Jan 07 Floor 4 PMT The instantaneous rate value is calculated by the Front-End board of the PMT averaging, in a time window of 1 μs, all the hits whose amplitude exceeds a given threshold equivalent to 0.3 spe.

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Distribuzione angolare dei muoni atmosferici 23-24 January, 2007: LiveTime: 11.31 hours OnLine Trigger: ~6  10 7 OffLine Trigger (7 seeds): 184709 Reconstructed tracks: 2260 Selected tracks: 965 Azimuth Likelihood Distribution Zenith

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 5-26 March, 2007: LiveTime: 107.04 hours Reconstructed tracks: 13086 Selected tracks: 5876 AzimuthZenith

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Vertical muon intensity Bugaev Data E   20 GeV Vertical Muon intensity as a function of depth from data recorded on 23-24 Jan, 2007 Compared with the relation from Bugaev et al, Phys. Rev. D58, 05401 (1998)

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 NEMO Fase-2

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 STATUS -100 km electro-optical cable (>50 kW, 20 fibres) deployed in July 2007 -Installation of Alcatel DC power supply system with DC/DC converter delayed (october 2009) -On-shore laboratory (1000 m 2 ) inside the harbour area of Portopalo completed

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Torre per Fase-2 Electro-optical cable laid in july 2007 Costruction of a fully equipped 16 storey tower under way The tower design has been revised taking into account the experience gained in Phase-1 Main modifications/upgrades of the new tower New DC power system to comply with the feeding system provided by Alcatel Optimization of the electronics and data transmission New segmented electro-optical cable backbone Integration of a new acoustic station in the tower

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Schema della terminazione del cavo elettro-ottico AC/DC 20 Terminazione Cavo Sottomarino composta da: - CTA (Cable Termination Assembly) - Convertitore MVC (DC/DC) - Splitter Box per il Sistema Fibre Ottiche e Conduttori Elettrici - Connettori ROV operabili per le connessioni dei prototipi sottomarini (Torre, Stringa di Antares etc..)

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 DC/DC converter Alcatel  Consegna dei lavori inizialmente prevista per il 31/5/2007  18/7/2006: design review; definito il piano di lavoro P2A (primo prototipo di laboratorio) > P2B (prototipo dimostrativo) > P2C (prototipo funzionale) > P4 (qualification model)  7/6/2007: test del P2B che non risponde ai requisiti richiesti  20/11/2007: revisione del nuovo progetto; completato con successo il test del nuovo P2A  28/1/2008: nuovo work plan; consegna spostata a novembre 2008  11-15/8/2008: Test in fabbrica del P2C  Ottobre 2008: riscontrato un problema sui connettori wet-mateable di Ocean design  Ottobre 2008 - Gennaio 2009: campagna di test di qualificazione sul connettore ODI  Gennaio 2009: Nuovo work plan che prevede l’utilizzo di un connettore HV Alcatel. Consegna rinviata a ottobre 2009

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Revisione dei programmi di Fase-2  Alla luce dei ritardi Alcatel ed in vista della chiusura del Design Study KM3NeT è necessaria una revisione dei programmi di Fase-2  Necessario anticipare i tempi con un deployment che permetta di testare alcuni aspetti critici  Test “meccanico”: deployment aprile 2009, recupero giugno 2009 (date da definire secondo disponibilità nave) senza connessione al cavo EO e con strumentazione di controllo alimantata a batteria e data logger Struttura meccanica con dorsale elettro-ottica Test della struttura meccanica e della boa Test delle procedura di deployment Test della procedura di apertura Test delle componenti a pressione del cablaggio Test della procedura di recupero  Parallelamente continua l’integrazione delle componenti elettroniche per 4 piani per un test con connessione al DC/DC e tempistica compatibile con Alcatel  In Parallelo continua la progettazione in “convergenza” INFN-IN2P3- CSIC

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 KM3NeT: towards a km3-scale neutrino telescope in the Mediterranean Sea

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 KM3NeT  Consortium between the Institutes that developed and support the pilot projects in the Mediterranean 40 Institutes from 10 European Countries (Cyprus, France, Germany, Greece, Ireland, Italy, The Netherlands, Rumania, Spain, U.K.)  Large European Research Infrastructure Included in the ESFRI roadmap for the European Research Infrastructures  Design Study project Approved under the 6th FP Three year project started in 2006 funded by the EC for 9 M€ Conceptual Design Report Published in 2008 Will conclude in 2009 with publication of a Technical Design Report  Preparatory Phase project Approved under the 7th FP Three year project started in 2008 funded by the EC for 5 M€ Coordinated by INFN

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Conceptual Design Report pubblicato in maggio 2008 Technical Design Report in preparazione

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Progetto KM3

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Il progetto KM3  Il progetto KM3 prevede la realizzazione di un telescopio sottomarino composto da: Una stazione di terra (in parte già realizzata) Un cavo elettro ottico (già realizzato e posato) Un sistema di alimentazione sottomarino composto da 6 DC/DC converter modello ALCATEL Una Junction Box Primaria per la connessione del sistema di alimentazione con le JB secondarie 14 JB secondarie per la connessione del cavo EO con le torri 84 torri modello NEMO

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Torre modello NEMO  La torre è costituita da: Base torre Modulo di Base torre 20 piani (forma reticolare) con le seguenti caratteristiche 40 metri distanza 10 metri lunghezza Forma reticolare Alluminio marino (materiale) 100 metri distanza del primo piano dalla base torre 4 OM per piano 1 idrofono per piano Boa di tensionamento Cavi di tensionamento Dorsale elettro-ottica

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Layout 84 torri con 20 piani e 4PMT/piano X (m) Y(m)

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Area efficace per muoni up-going median (degrees)

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Area efficace per neutrini 84torri 4pmt/floor  IceCube* Risoluzione angolare Mediana   rec Area efficace di neutrini * J. Domm et al. Journal of Physics: Conference Series 60 (2007) 334

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Sensibilità a sorgenti puntiformi Sensibilità a sorgenti puntiformi in funzione degli anni di osservazione per una sorgente di indice spettrale  = -2 84 torri-20piani  IceCube E 2 dN /dE [s -1 cm -2 GeV] years Rapporto IceCube/84torri 12.05 32.47 52.75

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Example: SNR RX J1713.7-3946 (shell-type supernova remnant) H.E.S.S. : E  =200 GeV – 40 TeV W. Hofmann, ICRC 2005  Acceleration beyond 100 TeV.  Power-law energy spectrum, index ~2.1–2.2.  Spectrum points to hadron acceleration  flux ~  flux  Typical energies: few TeV

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009  Good candidate for hadronic acceleration.  Expected signal well related to measured  flux, but depends on energy cutoff.  Few events/year over similar back- ground (1km 3 ).

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Layout della rete di distribuzione Torre

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Layout della rete di distribuzione Junction Box Primaria (PJB) Torre

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Layout della rete di distribuzione Junction Box Primaria (PJB) Junction Box Secondarie (SJB) Torre

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Schema del cablaggio della torre H H... ADAPTER ROV CONNECTOR OPTICAL BACKBONE CABLE H ACOUSTICBEACON HOSE floor control module ELECTRICAL BACKBONE CABLE... OM

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Rete di trasmissione dati in fibra ottica CAVO ELETTRO-OTTICO PJB SJB 120 x 2.5 Gb/s =300 Gb/s DU 20 x 2.5 Gb/s =50 Gb/s 2.5 Gb/s odd floors daisy-chain 1.25 Gb/s even floors daisy-chain x 14 FLOOR 1.25 Gb/s 20 Mb/s x6 x 10 FLOOR 20 Mb/s x 10... SJB SJB  Trasmissione lungo la dorsale della torre in B&W  Trasmissione da base torre a Terra in DWDM con 1 colore per torre  Ridondanza completa degli anelli della PJB  4 fibre ottiche del cavo elettro-ottico principale per servire l’intero apparato  possibilità di dedicare le fibre restanti per linee di backup ulteriori o espansioni

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Rete di distribuzione della potenza CAVO ELETTRO-OTTICO PJB SJB 100 Km Torre 4 x 13mm^2 x 14 x6... SJB SJB 10 KV L max 1500 m 400 V... Torre Torre L max 300 m 4 x 1mm^2 1 Junction Box Primaria attiva con sistema di controllo 14 Junction Box Secondarie (SJB) passive 6 torri per ciascuna SJB Distribuzione PJB-SJB radiale Distribuzione SJB-torre radiale Potenza 1 torre350 W Potenza 84 torri29 kW Perdite Joule cavi1 kW Perdite Joule % cavi< 4% C.d.t. % cavi< 4% Potenza totale30 kW

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Tempistica 200920102011201220132014 Progetto esecutivo e Accordo di Programma Fondi Progetto Costruttivo Prequalifica fornitori e gare Preserie Test preserie Produzione Integrazione Posa ed Installazione 2015

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Dimensioni del progetto  Totale Moduli ottici: 6.720  Totale piani: 1.680 (circa 100 km di profili tubolari di alluminio marino)  Totale moduli di piano: 1.764  Totale idrofoni: 1.680  Totale connettori elettrici sottomarini: circa 10.100  Totale connettori ottici sottomarini: circa 1.680  Totale cavi elettro ottici (torri): circa 110 km  Totale schede elettroniche: circa 13.000

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Costruzione ed integrazione  Procedura di integrazione e deployment del telescopio analizzata in dettaglio Produzione / Integrazione / Installazione del telescopio (84 torri) da effettuare in 3 anni Necessità di produrre 28 torri/anno Necessarie almeno 4 linee parallele di integrazione Nel caso di 4 linee di integrazione, ogni linea dovrà produrre 1 torre ogni 1.5 mesi  Valutate le necessità di personale e spazi

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Schema del processo di integrazione Livello 0 Livello 1 Linea di integrazione … Sito di deployment Integrazione delle torri integrazione sottosistemi produzione componenti Livello 2 Livello 3

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009  Ogni linea di integrazione è composta da: Una stazione (Livello 1) di integrazione della torre Una serie di stazioni (Livello 2) di produzione di sottocomponenti Le stazioni di Livello 2 possono essere dislocate in uno o più siti (es.: più laboratori in parallelo integrano ciascuno una parte dei componenti) Un singolo sito può ospitare più di una stazione (es.: un laboratorio ospita più stazioni che operano in parallelo) I siti possono essere sia “interni” a strutture INFN o in aziende “esterne” Ogni stazione deve avere a disposizione un sito di immagazzinaggio Un sito di immagazzinaggio per lo stoccaggio del materiale da utilizzare per la fase di integrazione Una camera iperbarica per test funzionante sino a 5000 metri

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 TORRE Moduli Ottici (INFN + Aziende) Moduli di Piano (INFN) Cablaggio elettro-ottica (Aziende) PMT Bentosfere Idrofoni Strutture meccaniche Pressure vessels Boa Elettronica SottosistemiSottosistemiComponentiComponenti

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Installazione del KM3  Tempi di posa e connessione delle Junction Box e delle torri valutato in circa 270 giorni  Operazioni effettuabili con una nave con noleggio a lungo termine  Per le operazioni di connessione e survey è utilizzabile il ROV sviluppato dal progetto PEGASO

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Esempio di una tipica AHTS per la posa del rivelatore 14 43

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 ROV Tutte le operazioni di connessione, disconnessione e survey possono essere effettuate con il ROV realizzato con il progetto PEGASO in collaborazione tra INFN e INGV

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Summary del man power per l’integrazione TecniciLaureati INFN o collaboratori Aziende INFN o collaboratori Moduli Ottici282 Moduli di Piano222 Torre322 Totale per linea di integrazione Torre 7126 Integrazione Junction Boxes41 Totale per km3 (Tot Torre  4 + JB) 324825

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Personale (oltre quello per l’integrazione)  Deployment 4 tecnici (anche da azienda) 1 laureato (anche da azienda)  Stazione a terra (incluso acquisizione dati) 8 tecnici 2 laureati  Amministrazione 3 persone in supporto alle strutture INFN

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Analisi dei costi Rivelatore (84 Torri)67 M€ Deployment, connessioni, JBs, cavi di collegamento e DC/DC 17 M€ Completamento Capo Passero 1.5M€ Personale a contratto 6.0 M€ Contingencies (circa 10%) 8,5 M€ Totale100 M€

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Cofinanziamento INFN Funzionamento Lab/Sez1.0 M€/anno Materiale/prest. D’Opera (CSN2)1.5 M€/anno Missioni(CSN2)0.5 M€/anno Totale per anno3.0 M€/anno Disponibilità finanziaria del cofinanziamento (eccetto personale interno) 2010 4 M€ 2011 4 M€ 2012 2.5 M€ 2013 2.5 M€ 2014 2.0 M€

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009  Forti motivazioni scientifiche per avviare oggi la costruzione di un telescopio per neutrini nel Mediterraneo  Situazione internazionale: KM3NeT-DS in fase di completamento, KM3NeT-PP (coordinamento INFN), ESFRI  Programma Quadro 2007-2014 CE (fondi FESR): impegno della Regione Siciliana per il reperimento dei fondi necessari  Progetto esecutivo in fase di completamento

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009

Spares

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 KM3neT reference detector  Based on muon detection  Factor ~3 more sensitive than IceCube larger photo- cathode area better direction resolution  Study still needs refinements

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Mediterranean KM3 sky view 2  downward sensitivity assumed Located in Mediterranean  visibility of given source can be limited to less than 24h per day > 75% > 25%

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009

Struttura della linea di integrazione Magazzino Stazione di integrazione torre Stazione di integrazione sottosistemi Magazzino Banchi di test Produzione Banco di integrazione … … Sito di produzione Integrazione sottosistemi Integrazione Torre

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Analisi linea di integrazione sottocomponenti e sottosistemi della torre  I sottocomponenti e sottosistemi della torre devono essere prodotti e/o integrati entro 1 mese per garantire la tempistica di integrazione della torre  Contingencies: il progetto prevede una contigencies del 30% (su 20 giorni lavorativi [1 mese] circa 6 giorni lavorativi)  I sottocomponenti prodotti e/o integrati nelle aziende si suppone seguano la tempistica indicata in fase di aggiudicazione di gara e compatibile con quelle di integrazione della torre Cavi e connettori Boa Elettronica Meccanica di piano, di base torre e di modulo di piano Idrofoni e strumentazione oceanografica PMT Bentosfere …

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Stazione di integrazione della torre  Target di una linea di integrazione: 1 torre in 1.5 mesi  Tempistica: 1 piano assemblato al giorno 5 giorni per test e caratterizzazione struttura 5 giorni di contingency  Al sito di integrazione giungeranno i sottosistemi ed i componenti prodotti già integrati e testati  Personale necessario per l’attività di assemblaggio 1 tecnico elettronico con competenza in fibre ottiche 2 tecnici meccanici  Personale necessario per le attività di test e caratterizzazione dei singoli piani e della struttura assemblata 1 tecnico elettronico 1 tecnico meccanico 1 fisico per elaborazione dati ed analisi risultati  Responsabilità della linea: 1 laureato  Spazio Necessario: circa 200 m 2 per linea in un unico ambiente

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Stazione di integrazione Moduli Ottici  Target di una linea di integrazione: 80 moduli ottici in un mese  Tempo di integrazione di 1 OM: 2 giorni  Per soddisfare il rate di produzione richiesto per una linea sono necessari 8 banchi di integrazione (concentrati in un singolo sito o distribuiti su più siti)  Ogni banco è equipaggiato con: Dark box Camera da vuoto Sistema di centraggio Stazione saldante Sistema acquisizione dati  Personale necessario per l’intera stazione (ipotesi banchi concentrati in un sito) 10 tecnici a tempo pieno (di cui almeno 2 interni) 2 fisici a tempo parziale (per le fasi di caratterizzazione ed analisi dati PMT  Spazio Necessario: circa 15 m 2 per banco + magazzino

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Stazione di integrazione Moduli di Piano  Target di una linea di integrazione: 21 moduli di piano in un mese  Tempo di integrazione di 1 Modulo di Piano: 2 giorni  Per soddisfare il rate di produzione richiesto per una linea sono necessari 2 banchi di integrazione (concentrati in un singolo sito o distribuiti su più siti)  Personale necessario per 1 banco di produzione 1 tecnico elettronico (con esperienza in splicing e misure su fibre ottiche) 1 tecnico meccanico 1 laureato  Spazio Necessario: circa 30 m 2 per banco + magazzino

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Integrazione Junction Boxes  Target: 14 Junction Boxes  Tempo di integrazione di 1 Junction Box: 10 giorni  Necessaria una linea di assemblaggio dedicata  Personale necessario per la stazione di integrazione JB 2 tecnici elettronici (con esperienza in splicing e misure su fibre ottiche) 2 tecnici meccanici 1 laureato (supervisione)  Spazio Necessario: circa 50 m 2 + magazzino

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Deployment del telescopio  Ipotesi di partenza Utilizzo di strutture impacchettate durante il trasporto e la posa Apertura delle strutture una volta deposte sul fondo Possibilità di trasportare almeno quattro strutture per volta sul ponte della nave utilizzata per la posa Utilizzo di navi standard per la posa Recupero delle strutture per mezzo di speciali sistemi per ridurre i rischi Utilizzo di connettori ROV operabili per avere un rivelatore modulare Utilizzo di un ROV light work class per la costruzione, ispezione e mantenimento del rivelatore

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Ipotesi di lavoro  Si assume che: Lo scopo dell’attività è: Deporre una struttura nella posizione voluta Connettere la struttura ad una Junction Box Il tempo necessario per deporre una struttura è di 12h Il tempo necessario per connettere una struttura ad una JB è di 12h Vengano impiegate navi che siano in grado di imbarcare e posare almeno 4 strutture per volta  Si definisce come missione la posa di almeno 4 strutture per volta

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Astronomia con neutrini di alta energia: motivazioni  I neutrini possono attraversare il cosmo senza essere deflessi o attenuati Possibile il puntamento delle sorgenti Possibilità di “osservare” anche all’interno di regioni dense e opache alla radiazione elettromagnetica Possibilità di “osservare” a distanze cosmologiche  Produzione tramite meccanismi adronici Possibilità di distinguere tra processi adronici e leptonici di accelerazione  Rivelazione indiretta di materia oscura

E. MignecoCSN2, Roma 5-2-2009 Proposta per la costruzione del km3 E. Migneco Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali del Sud.

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