CSN_II RM Ott 01 Elio Calligarich 1 ICARUS T600 (CNGS-2) Status Report E. Calligarich (Collaborazione ICARUS)

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich2 La collaborazione ICARUS A. Ankowski 1, M. Antonello 2, P. Aprili 3, F. Arneodo 3, B. Baibussinov 4, M. Baldo Ceolin 4, G. Battistoni 5, P. Benetti 6, A. Borio 6, E. Calligarich 6, M. Cambiaghi 6, F. Carbonara 7, F. Cavanna 2, S. Centro 4, A. Cesana 5, K. Cieslik 8, A. G. Cocco 7, A. Dabrowska 8, R.Dolfini 6, C. Farnese 4, A. Fava 4, A. Ferrari 5, G. Fiorillo 7, S. Galli 2, D. Gibin 4, A. Gigli Berzolari 6, A. Giuliano 9, K. Graczyk 1, S. Gninenko 10, A. Guglielmi 4, C. Juszczak 1, J. Holeczek 11, D. Kielczewska 12, M. Kirsanov 10, J. Kisiel 11, T. Kozlowski 13, N. Krasnikov 10, M. Lantz 5, G. Mannocchi 9, M. Markiewicz 8, V. Matveev 10, F. Mauri 6, A. Menegolli 6, G. Meng 4, C. Montanari 6, S. Muraro 5, J. Nowak 1, O. Palamara 3, L. Periale 9, G. PianoMortari 2, A. Piazzoli 6, P. Picchi 9, F. Pietropaolo 4, W. Polchlopek 14, M. Posiadala 12, M. Prata 6, P. Przewlocki 13, A. Rappoldi 6,. G. L. Raselli 6, E. Rondio 13, M. Rossella 6, C. Rubbia 3, P. Sala 5, L. Satta 9, D. Scannicchio 6, E. Segreto 3, F. Sergiampietri 15, J. Sobczyk 1, D. Stefan 8, J, Stepaniak 13, R. Sulej 16, M. Szarska 8, M. Terrani 5, G. Trinchero 9, F. Varanini 4, S. Ventura 4, C. Vignoli 6, T. Wachala 8, A. Zalewska 8, K. Zaremba 16 1 Wroclaw University of Technology, Wroclaw, Poland 2 Dipartimento di Fisica e INFN, Università di L’Aquila, Via Vetoio, I Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, Assergi (AQ), Italy 4 Dipartimento di Fisica e INFN, Università di Padova, Via Marzolo 8, I Dipartimento di Fisica e INFN, Università di Milano, Via Caloria 2, I Dipartimento di Fisica Nucleare, Teorica e INFN, Università di Pavia, Via Bassi 6, I Dipartimento di Scienza Fisiche, INFN e Università Federico II, Napoli, Italy 8 H. Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics, Krakow, Poland 9 Laboratori Nazionali di Frascati (INFN), Via Fermi 40, I INR RAS, prospekt 60-letiya Oktyabrya 7a, Moscow , Russia 11 University of Silesia, 12 Bankowa st., Katowice, Poland 12 Warsaw Univeristy, Krakowskie Przedmiescie 26/28, Warszawa, Poland 13 A. Soltan Institute for Nuclear Studies, Swierk/Otwock, Poland 14 AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, Krakow, Poland 15 Dipartimento di Fisica, Università di Pisa, Largo Bruno Pontecorvo 3, I Univeristy of Technology, Pl. Politechniki 1, Warsaw, Polanda

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich3 LAr_TPC – ICARUS T600  Approvato e finanziato nel  Costruito tra il 1997 e il 2002 (prototipi, industrializzazione e test).  Completato nella Sala sperimentale INFN in Pavia.  Dimostrazione in superficie in ”scala reale”, con un T300, nel 2001: tre mesi. Acquisizione dati per tre mesi. Valutazione delle prestazioni. Analisi su interazioni di raggi cosmici. Pieno successo.  Completato il secondo semi-modulo nel  Accesso ai LNGS rinviato dopo l’inizio del 2005 (causa l’incidente in Borexino).  Sospese anche le attività Argon anche in superficie (a Pavia).  Si conclude, ora, l’installazione ai LNGS  Si conclude, ora, l’installazione ai LNGS.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich4 Il T600 : 2001 a Pavia Criostato (semi-modulo) 20 m 4 m Rivelatore interno Tre piani di fili e PMT Wire Chamber Lato A Drift 2 x 1.5 m Catodo Wire Chamber Lato B

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich5 Test run. “Il sopra_luogo”… Elettronica di read out canali Le cosmiche interazioni…

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich6 Uno sciame e.m. 434 cm 142 cm

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich7 265 cm 142 cm Un’interazione hadronica.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich8 Induction 2 view Collection view Box dimensions: 42 x 14 x14 cm E e reconstructed = 45 MeV Run 939 Event 95 Decadimento µ-e in 3D

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich9 Pubblicazioni numerosi articoli tecnici I risultati del test-run sono stati oggetto di numerosi articoli tecnici che illustrano il successo di questa nuova tecnologia. 1.F. Arneodo et al., "Observation of long ionizing tracks with the ICARUS T600 first half-module”, NIM-A508 (2003) S. Amoruso et al., "Analysis of the liquid argon purity in the ICARUS T600 TPC”, NIM-A516 (2004) M. Antonello et al., "Detection of Cherenkov light emission in liquid argon”, NIM-A516 (2004) S. Amoruso et al., "Study of electron recombination in liquid argon with the ICARUS TPC”, NIM- A523 (2004) S. Amoruso et al., "Measurement of the µ decay spectrum with the ICARUS liquid Argon TPC”, EPJ-C33 (2004) S. Amerio et al., "Design, construction and test of the ICARUS T600 detector”, NIM-A527 (2004) A. Ankowski et al., "Characterization of ETL 9357FLA Photomultiplier Tubes for Cryogenic Temperature Applications”, NIM-A556 (2006) A. Ankowski et al., "Measurement of through-going particle momentum by means of multiple scattering with the ICARUS T600 TPC”, EPJ-C48 (2006) F.Arneodo et al., "Performance of a liquid Argon time projection chamber exposed to the CERN West Area Neutrino Facility neutrino beam”, Phys.Rev.-D74 (2006) ICARUS collaboration, "Analysis of Liquid Argon Scintillation Light Signals with the ICARUS T600 Detector", in preparation 11.ICARUS collaboration, “Pi-zero reconstruction in ICARUS T600”, in preparation (2008)

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich10 Argomenti d’interesse fisico. Offre, tuttavia, anche interessanti opportunità d’indagine  ICARUS T600 è un passo tecnico intermedio indispensabile per arrivare a rivelatori di massa molto maggiore (multikton LAr-TPC, ora attivamente studiati). Offre, tuttavia, anche interessanti opportunità d’indagine.  Nei LNGS, il T600 registrerà eventi di varia natura in (“auto-trigger”). In particolare: Interazioni CC di neutrini atmosferici; ≈ 100 ev/anno Neutrini solari, con elettrone >5 MeV. Neutrini da Supernove. Decadimenti del protone in canali “esotici”; (3 x nucleoni). Background zero. Eventi da neutrino correlati al fascio CNGS (ICARUS è indicato come CNGS2):  Il T600 ha un volume fiduciale ≈ 480 t. Nominalmente equivale a: 1200  CC ev/anno 1200  CC ev/anno; 7-8 e CC ev/anno 7-8 e CC ev/anno.  A suo tempo (Ottobre 2006) è stata presentata una rassegna completa delle potenzialità del T600.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich11 Attività underground (1).  Uno staff d’esperti, ufficialmente incaricato dal “Commissario straordinario”, ha completato, nel 2003, un’analisi di rischio dettagliata per l’installazione sotterranea di una grande volume di liquido criogenico.  In particolare, sono state (finalmente) definite le “prescrizioni di sicurezza” per ICARUS. collocazione provvisoria  Nel Dicembre 2004 è stato consentito il trasferimento dei due moduli T300 nella Sala B: in una collocazione provvisoria. La posizione definitiva è stata raggiunta nel Dicembre  A causa di altre attività in Sala B (sistemazione del pavimento e, poi, OPERA), s’è dovuto agire in condizioni logistiche assai difficili, che hanno notevolmente allungato i tempi d’installazione  A causa di altre attività in Sala B (sistemazione del pavimento e, poi, OPERA), s’è dovuto agire in condizioni logistiche assai difficili, che hanno notevolmente allungato i tempi d’installazione.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich12 Trasferimento ai LNGS.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich13 Attività underground (2). Marzo 2005I supporti antisismici sono stati montati, così come la struttura inox di supporto. Marzo 2006La coibentazione di base e quella delle pareti laterali sono state installate e verificate per la tenuta al vuoto. Aprile 2007Gli schermi freddi e il circuito di raffreddamento sono stati completati. Giugno 2007I due criostati T300 sono finalmente collocati nella loro posizione definitiva.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich14 Allestimento del sito. Piattaforma antisismica La struttura di rinforzo

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich15 I criostati in posizione definitiva. Nella vasca “di contenzione”…

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich16 L’allestimento “livello elettronica”. Installazione dei camini. Estrazione dei fili/fibre. Installazione dei passanti HV.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich17 Verifica del rivelatore interno. Verifica …delle camere a fili …dei PM …dell’HV

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich18 Completamento della struttura. Il “livello elettronica” Il “livello servizi”

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich19 Installazione dei racks.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich20 Tutto il read out installato. Tutti i passanti sono installati ed i racks connessi. La lettura dei PM e lo slow control sono cablati. É in corso Il test di lettura dei fili.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich21 Test dell’elettronica. Tutti i crates sono stati testati all’esterno. E’ stato installato il nuovo firmware per la compressione dei dati. Sono in atto misure di noise e pulse response: per tutti i canali. in accordo con i valori di progettoI risultati sono in accordo con i valori di progetto. rms ≈1ADC#

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich22 Il T600 assemblato. LAr LN 2 Dewars (30 m 3 )

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich23 Circuito di raffreddamento. 2 x 30 m 3 Due tank da litri, sulla sommità assicurano, in assenza dell’impianto di riliquefazione, con funzionamento “a termosifone”, cinque giorni di autonomia. (ricircoli liquidi/gassosi spenti).

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich24 Liquefazione Azoto. 10 liquefattori Stirling “on site” Il montaggio del circuito di ri- liquefazione è iniziato nel Marzo Il cablaggio e l’installazione del controllo di processo s’è concluso nel Luglio Il commissioning è iniziato il (durerà 5 settimane).

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich25 Impianto Stirling. Completato

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich26 Il primo carico d’Azoto.

CSN_II RM Ott 01 Elio Calligarich 27 Lo stato attuale. Al – Air Liquide 2 – Stirling. 3 – Procedure LNGS. 4 – I cablaggi ICARUS. 5 – I servizi di Sala.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich28 1 – Air Liquide  Set up. Completato.  Terminale di scarico per liquidi criogenici (LAr, LN 2 ). Completato (lo scarico Azoto già utilizzato). Controllo di processo (AEI). Completato (lato AL). Deve essere interfacciato al software dei LNGS. La grafica di gestione è realizzata dai LNGS (pronta, da testare). Il software per la gestione del terminale di scarico è operativo. Sono in fase di implementazione le procedure d’emergenza.  “Procedure” operative. AL ha proposto le procedure di start up ai competenti Servizi dei LNGS; il 12 Agosto. Devono essere correlate con quelle di Stirling (proposte il 5 Settembre) e con quelle dei LNGS. Il tutto dovrà essere poi approvato dai Laboratori.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich29 Air Liquide, ancora.  La gestione dell’impianto deve essere garantita da continuità d’alimentazione elettrica (UPS); oltre le quattro ore previste. Si sta realizzando una connessione al moto-generatore.  Prima dello start up è indispensabile acquisire alcune parti di ricambio “critiche” (un secondo PC Controller, dei PLC, alcune valvole criogeniche…), per garantire l’operatività dell’apparato in ogni situazione.  Entro il 18 Ottobre sarà realizzata la connessione tra il Controllo di Processo Air Liquide ed il sistema di supervisone dei Laboratori.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich30 2 – Stirling.  Set up. Completato. Il commissioning è in atto. Il circuito Stirling dell’acqua di raffreddamento ha un’impedenza troppo alta. É necessario aumentare la pressione in ingresso (∆P 0.7  1,5 bar) installando due pompe, per ottenere il flusso necessario.  Controllo di processo. Completato. Sarà verificato durante il commissioning.  Commissioning. Iniziato Giovedì 18 Settembre con il condizionamento e il raffreddamento del criostato d’Azoto. Durerà 5 settimane.  “Procedure” di sicurezza. il 5 settembre Le procedure per lo start-up sono state sottoposte da Stirling ai Laboratori, il 5 settembre. Devono essere coordinate con quelle di Air Liquide e quelle dei LNGS, A cura dei Servizi dei LNGS.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich31 3 – Procedure LNGS.  Le procedure richieste dai LNGS. I Servizi dei Laboratori hanno circolato (4 Settembre) una prima bozza delle procedure di loro pertinenza per:  La consegna dei gas criogenici.  Il riempimento dei criostati d’Azoto/Argon.  Il riempimento dei criostati Icarus. Le procedure LNGS, con le procedure Air Liquide e quelle Stirling, costituiranno il documento di sicurezza che dovrà essere valutato, approvato e “ufficializzato” dalla Direzione; prima di poter procedere.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich32 4 – I cablaggi ICARUS.  Tutte le connessioni sono state fatte e le flange chiuse per: Le camere a fili. I fotomoltiplicatori. Lo slow control. I monitor di purezza.  Il “volume Argon” è pronto per le verifiche di tenuta di vuoto.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich33 5 – Servizi di Sala.  Ventilazione. La ventilazione “a bordo” Icarus (per gli sfiati d’emergenza) è completa e testata. Deve ancora essere realizzata una canalizzazione per la raccolta ed espulsione dell’aria riscaldata dai racks (bassa priorità). L’adeguamento della ventilazione dei Laboratori è completato (26 Settembre).  Strumentazione di sicurezza. Installata. Alcuni test sono già stati fatti.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich34 Servizi di Sala, ancora.  Alimentazione generale. La linea d’alimentazione e la cabina centrale “Icarus” sono operative. ( ).  Tre modeste porzioni di blindo-sbarra, attualmente sostituite da cavo, potrebbero essere installate entro il 16/10 (l’operazione comporterà qualche giorno di black-out, con conseguente stop dei lavori).  Il quadro d’alimentazione dell’impianto Stirling è connesso ed alimentato.  I due quadri generali d’alimentazione per l’elettronica Icarus sono connessi.  E’ necessario provvedere ad una nuova configurazione dell’alimentazione UPS, attualmente in serie alla cabina centrale dei Laboratori.  Si sta, comunque, provvedendo alla connessione ad un motogeneratore, per garantire una continuità locale.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich35 L’area dei “Servizi”.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich36 Concludendo.  Il commissioning di Stirling è iniziato il 18.09: è previsto durare cinque settimane. Si dovrebbe conclude entro il  Nel frattempo, si faranno i test di tenuta del circuito Argon: a partire dall’11.10 (possibilmente). Potrebbero durare 15 giorni, e così concludersi entro il  Inizierà quindi il cleaning (~14 giorni) e il riempimento (~14 giorni) dei criostati.  Il commissioning di Stirling è iniziato il 18.09: è previsto durare cinque settimane. Si dovrebbe conclude entro il  Nel frattempo, si faranno i test di tenuta del circuito Argon: a partire dall’11.10 (possibilmente). Potrebbero durare 15 giorni, e così concludersi entro il  Inizierà quindi il cleaning (~14 giorni) e il riempimento (~14 giorni) dei criostati.

CSN_II RM Ott 01Elio Calligarich37 Running cost.