Proposta per un Laboratorio di compositi C. Gemme, INFN Genova Upgrade del rivelatore tracciante di ATLAS nel 2025 Impegno di ATLAS Italia Interessi di ATLAS Genova  Strutture composite Laboratorio di compositi Che cosa e’ Apparecchiature necessarie

High Luminosity LHC 2012 (data): 2010 (data): 2027 (simulazione): ~15 cm 2012 (data): 25 vertici per evento 2010 (data): 2 vertici per evento 2027 (simulazione): 200 vertici per evento 2

Layout del nuovo tracciatore - ITk STRIP Strip General ITk Pixel Attuale HL_LHC Superficie Pixel [m2] 1.9 ~14

Layout del nuovo tracciatore - ITk STRIP Strip General ITk Pixel Outer barrel End cap End cap Pixel Innermost Attuale HL_LHC Superficie Pixel [m2] 1.9 ~14 (~2.2 in each EC)

ATLAS ITk La collaborazione si sta allargando. Pixel 1998 Pixel 2012 ITK 2017 La collaborazione si sta allargando. Genova continua a restare il gruppo leader della collaborazione italiana con importanti responsabilita’ in ATLAS. UDINE TRENTO MILANO BOLOGNA GENOVA FRASCATI LECCE COSENZA

Supporti per l’end-cap 2 set di 3 mezzi cilindri concentrici Ogni mezzo cilindro con una decina di half-ring Sugli half-ring si montano i moduli a pixel Gli half ring sono sandwich di fibra di carbonio e carbon-foam con in mezzo un circuito elettrico e un tubo di raffreddamento (Ti). Tre tipi di half ring con raggi di circa 25,30,35 cm, ~ 60 pezzi. Half ring

Costruzione degli half ring in Italia Non ci sono laboratori in grado di lavorare compositi nelle Sezioni in cui sono presenti gruppi ATLAS. Gli half ring di ATLAS potrebbero essere fabbricati in industria ad un costo comparabile con la messa in opera di un laboratorio di compositi, per esempio a Genova dove c’e’ comunque un’esperienza pregressa (ATLAS Pixel 2002-2005). Quindi il problema che si pone e' quello di vedere se c'e' un interesse in Sezione per altre possibili applicazioni, ora o in prospettiva.  Nel caso, si puo’ valutare se possibile utilizzare il finanziamento ATLAS per aumentare le competenze in Sezione piuttosto che pagare una ditta esterna. La proposta attuale (vedi i tempi indicati a pag 10) e' definita sulle esigenze di ATLAS, possibili ampliamenti o ottimizzazioni possono essere inclusi una volta che altri interessi saranno chiariti.

Laboratorio per compositi C.Rossi Materiali compositi = matrice + fibre Matrice = resine epossidiche, poliuretaniche, poliammidiche, fenoliche Fibre = carbonio, vetro , kevlar, boro, berillio Applicazioni tipiche: aerospaziale, aeronautico, automobilistico, navale, difesa, sport, biomedica, … Vantaggi materiali compositi: Leggerezza Alta conducibilità termica Resistenza meccanica Resistenza a radiazioni Resistenza a stress termici Applicaz per vuoto … Generalmente per le applicazioni di fisica vengono utilizzate fibre di carbonio in resine epossidiche.

Equipaggiamento per costruzione HR C.Rossi SPAZI NECESSARI: SALA DI LAMINAZIONE La camera deve essere grigia o pulita, deve contenere un tavolo per la preparazione del lay-up, pompa a vuoto, sacche a vuoto, … SALA PER L’ELABORAZIONE DEI COMPOSITI È la sala in cui viene fatta la cottura dei compositi. Deve essere dotata di un’autoclave (Tmax = 200°C. pmax = 10 bar) e possibilmente anche di un piccolo forno ULTERIORI CONSIDERAZIONI: WORKSHOP Per la lavorazione dei compositi, è possibile adattare alcune delle macchine dell’officina (soluzione utilizzata in passato, ma non ottimale). Certi compositi possono semplicemente essere segati, in alternativa si considera l’utilizzo di una waterjet cutting machine STORAGE MATERIALE Il materiale va conservato a -18°C, non è necessario che l’area di storage sia all’interno delle altre due sale

Time scale Verificare interesse in Sezione  Adesso Preparare una proposta concreta di equipaggiamento/spazi/budget  Aprile/Maggio Incontro ATLAS con referee e CSN1  4/12 Maggio Discussione fattibilita’ in CdS con un piano da definire a seconda dei partner interessati  Inizio Luglio

Spare

Inner Tracker Detector Phase-II Inner Detector Disegnato per operare per 10 anni a L= 1x1034 cm-2 s-1 con <u> =23, @ 25ns, L1= 100 kHz Fattori limitanti a HL-LHC per l’attuale tracciatore Saturazione della banda (Pixel, SCT) Occupanze troppo elevate (TRT, SCT) Danno da radiazione (Pixels (SCT) designed for 400 (700) fb-1) 80 638 Mpixels 6 74 Mstrips LoI layout new (all Si) ATLAS Inner Tracker (ITK) for HL-LHC. 8.2 m2 with 638 Mpixel Barrel in z longer Pixels cover |η| < 2.7 Altri layout considerati. Barrel Strips Forward Strips Barrel pixel Forward pixel C. Gemme – R&D Tracker, Atlas Italia 16/01/2014

Overview of the Phase-II Pixel upgrade The project is now accelerating significantly given the schedule for the Pixel TDR (Dec 2017). Possibility to have two FE submissions is included in the schedule. Module optimization can start with first chip. Module production and loading: ~27-33 months

Overview of the Phase-II Pixel upgrade The project is now accelerating significantly given the schedule for the Pixel TDR (Dec 2017). Zoom in 2017: Layout definition will allows groups to take commitments on parts of detector. and preliminary design of the local supports. RD53-A will be submitted in spring 2017 technological demonstrator of the 65 nm technology and module prototypes with small pixel size. Bump bonding marker survey. Sensors: identify the baseline designs to be used in the detector. A preliminary design of the data transmission and power distribution scheme will be included in the TDR. Start of ATLAS chip design.

Riassunto FTE 2017 Aggiornamenti in un paio di mesi Total for the 4 R&D of interest for ITk - 39 persons (same as in 2016) - 18 FTE (was 16.2 in 2016) Sez. RD_FASE2 HVR_CCPD CHIPIX65 AIDA2020 BO 1.00 0.40 - CS 0.80 GE 3.70 1.20 0.15 MI 2.12 1.50 0.35 TN 3.30 UD 1.30 Total 12.22 2.80 Lecce e Frascati hanno dimostrato serio interesse a partecipare; altri laboratori potrebbero aumentare il loro contributo  FTE>25 nei prossimi anni

Surfaces General ITk Una Endcap  3.3 m2 ma in processo di ottimizzazione, si potrebbe ridurre del 30% Il Pixel detector oggi e’ 1.9 m2

Half rings costruzione e materiali

Steps in making a half-ring ring gluing jig produce cooling pipe (no photo) cut, bend to shape, attach electrical breaks and pressure fittings bending the long smooth curve is more art than science! machine carbon foam “wafers” 3mm thick slices, trapezoid shape tricky part is holding the foam still machine one side of wafers flat affix foam to Cfibre using vacuum jig (top photo) in past have cured Cfibre as facesheets, then glued foam uses a lot of glue suspect not a good bond –delamination seen now experimenting with co-curing (bottom photo) J.Freestone P.Cooke, T.Jones J.Pater - Ring Construction, Manufacture and QA 02 Feb 2017

Steps in making a half-ring, p2 machine foam faces of half-sandwiches flat and to desired thickness (2.4mm) machine grooves for cooling pipe, bus tapes, locators, closeouts glue tapes in place glue applied to tapes with roller approx 50u thick J.Freestone J.Pater - Ring Construction, Manufacture and QA 02 Feb 2017

Steps in making a half-ring, p.3 apply glue over foam and tapes roller application – controlled thickness apply glue to pipe using custom applicator (bottom picture) brush glue onto mounting lugs assemble halves, cure in vacuum press J.Freestone 02 Feb 2017 J.Pater - Ring Construction, Manufacture and QA

Steps in making a half-ring, p.4 Glue in pipe-support closeouts and carbon-fibre edging strips J.Freestone A finished ring  Four middle rings in production now through summer: TFM QC development electrical tests J.Pater - Ring Construction, Manufacture and QA 02 Feb 2017