1 Stato del Contratto Tecnologico per lo sviluppo di Specchi per raggi X con “multilayers” Barbara Negri.

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1 1 Stato del Contratto Tecnologico per lo sviluppo di Specchi per raggi X con “multilayers” Barbara Negri

2 2 Contratto tecnologico Scopo del contratto è il controllo completo “in house” dei processi tecnologici chiave necessari per la produzione di Specchi per Raggi X “multilayers” Il KO si è tenuto il 18 marzo 2009 e la durata del contratto è di 17 mesi Media Lario Technologies è il Prime Contractor e INAF/OAB è il Sub-Contractor Il contratto prevede le seguenti milestones: –Requirements & Design Review (RDR) KO + 2 mesi –Feasibility Review (FER) KO + 4 mesi –TDx MAIT Authorization Review (MAR) (produzione delle meccaniche dei TD)KO + 8 mesi –Test Readiness Review (TRR) KO + 11 mesi –Technology Readiness Review (TERR) KO + 15 mesi –Final Meeting (FM) KO + 17 mesi ASI Project Team: – Barbara NegriProject Manager – Giovanni PareschiProject Scientist – Rita CarpentieroProduct Assurance Manager – Donatella FrangipaneContract Officer

3 3 Introduzione Programma di sviluppo tecnologico propedeutico alla realizzazione di moduli ottici per osservazione di Hard X-Rays (fino 80 keV) Dimensioni di massima degli specchi: –Diametro : 150 mm (TBD) – 350 mm –Lunghezza : 600 mm –Spessore : 0,2 mm – 0,4 mm Il Modulo Ottico è costituito da una serie di specchi ad incidenza radente, tipo Wolter-I, integrati in una struttura meccanica Specchi ottenuti per elettroformatura di leghe di Nickel da Mandrino Strato riflettente interno per Hard X-Rays è un multistrato Pt/C o W/Si con spessore tra 5 e 60 Å

4 4 Introduzione al Programma di Sviluppo Questo programma è mirato allo sviluppo di tecnologie d’avanguardia per il controllo delle fasi chiave della produzione di moduli ottici: –Realizzazione dei mandrini –Elettroformatura degli specchi –Deposizione del multi-strato riflettente –Integrazione degli specchi nel modulo –Metrologia per mandrini e specchi Lo sviluppo tecnologico prevede la produzione di due Prototipi Dimostratori full-scale testati al fascio Raggi-X della Panter Facility

5 5 Tecnologie da acquisire Il programma prevede investimenti in hardware dedicato all’esigenza specifica e con prestazioni superiori a quanto disponibile sul mercato fase di sviluppo fase sperimentale Per le varie tecnologie è prevista una fase di sviluppo, in alcuni casi supportata da provini/prototipi, e una fase sperimentale Per alcune tecnologie è previsto un miglioramento sostanziale di hardware già esistente, che prevede lo sviluppo di h/w aggiuntivo e/o di software di controllo ed analisi (es. Banco Ottico, PVD)

6 6 Tecnologie da acquisire Hardware da sviluppare/acquisire: –Advanced Polishing Machine – Nuova macchina –Profilometro Mandrini – Nuova macchina –Profilometro Shell – Nuova macchina –Sputtering Machine (PVD-Physical Vapor Deposition) – Update con nuovo HW & SW –Advanced Vertical Optical Bench –Update con nuovo HW & SW

7 7 Attività Specifiche – NiCo eForming Elettroformatura Nickel-Cobalto Sviluppo della tecnologia di elettroformatura della lega innovativa Nickel-Cobalto L’elettroformatura è un’attività core-business di Media Lario Technologies Obiettivi: –Consolidamento del processo –Caratterizzazione delle proprietà chimiche/fisiche/meccaniche –Migliorare la capacità del processo nel riprodurre la forma del mandrino Attività principali: –Realizzazione di una serie di specchi per ottimizzare i parametri dei bagni di elettroformatura –Ottimizzazione del design del bagno e del sistema di flange –Prove di laboratorio su provini e metrologia specchi

8 8 Attività Specifiche – Thin Gold Riduzione Spessore Film Separatore Minimizzazione dello spessore del film d’oro separatore tra mandrino e specchio ad elettroformatura ultimata Il film separatore rimane integrato nello specchio ed è il substrato su cui depositare lo strato riflettente multilayer E’ attesa una riduzione della rugosità al diminuire dello spessore del film d’oro Obiettivi: –Individuazione del minimo spessore del film separatore –Minimizzare la rugosità introdotta dal processo di replica –Supportare l’ottimizzazione dei parametri di elettroformatura Attività principali: –Elettroformatura di provini piani e specchi riducendo lo spessore d’oro –Misurazione della rugosità su provini piani e da specchi –Consolidamento dei risultati ottenuti con analisi di provini da specchi ottenuti con mandrini flight-quality AFM di provino Au 56nm

9 9 Attività Specifiche – ADV Polishing Polishing Technology Miglioramento della tecnologia di realizzazione dei mandrini con particolare riferimento a: –Forma –Rugosità –Ripetibilità del processo –Significativa diminuzione dei tempi di realizzazione La realizzazione dei mandrini è fondamentale per ottenere specchi di elevate prestazioni ottiche Obiettivi: –Ottimizzare il processo di ricopertura dei mandrini (NiP) (Nickel/Fosforo) –Ottimizzare il processo di tornitura al diamante –Ottimizzare il processo di superpolishing/figuring –Acquisizione del processo presso MLT Attività principali: –Test presso fornitori di NiP e DT su provini e mandrini –Studi di sviluppo macchina di superpolishing/figuring –Acquisizione di macchina di Advanced Superpolishing –Realizzazione di due mandrini con le tecnologie sviluppate Profilo pre-post figuring su master di prova

10 10 Attività Specifiche – AVD Polishing Advanced Polishing/Figuring Machine

11 11 Attività Specifiche - MPR Profilometro Mandrini Sviluppo di una efficace metrologia dei mandrini per avere il completo controllo del processo di produzione Necessaria metrologia no-contact per non deteriorare la superficie dei mandrini Obiettivi: –Misurare i profili a varie stazioni angolari –Misurare la rotondità su varie sezioni –Predire la qualità della forma del mandrino mediante ricostruzione software della geometria e relative prestazioni ottiche (HEW, lunghezza focale) Attività principali: –Costruzione e studio di un prototipo –Progettazione del profilometro –Selezione e acquisto parti e collaborazione con fornitore per costruzione profilometro finale Prototipo profilometro mandrini

12 12 Attività Specifiche - MPR Design Profilometro Mandrini

13 13 Attività Specifiche - SPR Profilometro Specchi Sviluppo di una efficace metrologia degli specchi per ricavarne la forma intrinseca prima dell’integrazione Obiettivi: –Ricavare I profili a varie stazioni angolari –Ricavare la rotondità su varie sezioni –Predire la qualità degli specchi mediante ricostruzione software della geometria e relative prestazioni ottiche (HEW, lunghezza focale) Attività principali: –Studio del concetto ottico da implementare –Progettazione del profilometro –Design del sistema di sospensione e smorzamento vibrazioni –Selezione e acquisto parti, assemblaggio del profilometro finale Design del profilometro specchi

14 14 Attività Specifiche - PVD Tecnologia Multilayer Sviluppo del multistrato riflettente per raggi-X alle alte energie e relativa tecnologia di deposizione PVD Obiettivi: –Migliorare la tecnologia esistente su multistrato W/Si –Dimostrare la fattibilità e ricavare prestazioni del multistrato Pt/C –Progettare e realizzare/acquisire la tecnologia del processo di deposizione Attività principali: –Progettazione e realizzazione hardware (in parte miniaturizzato) –Progettazione e implementazione software di analisi e controllo processo di deposizione –Acquisto targets in materiale prezioso (Pt) e hardware dedicato –Studio del processo di deposizione su campioni e specchi da testare ai raggi-X Portacampioni simulatore di specchio quasi-cilindrico

15 15 Attività Specifiche - PVD macchina PVD e meccanismo di separazione sorgenti

16 16 Attività Specifiche – ADV VOB Advance Vertical Optical Bench Sviluppo e realizzazione di un banco ottico di integrazione e misura specchi Obiettivi: –Integrare specchi grazing incidence minimizzando la deformazione –Misurare le prestazioni ottiche degli specchi nel modulo integrato –Migliorare la previsione dei risultati ottenibili in Panter Facility Attività principali: –Scelta di sorgente e CCD in UV –Progettazione del design del banco ottico –Acquisto nuovo hardware e sviluppo nuovo software di controllo e misura –Integrazione del TDM 2 Design ADV Vertical Optical Bench

17 17 Attività Specifiche – TDM1 & TDM2 Dimostratori Tecnologici Realizzazione di due prototipi dimostratori ottenuti utilizzando le tecnologie sviluppate Design TDM 1 : –3 specchi NiCo da mandrini NHXM fase A –Thin Gold –Multilayer W/Si Design TDM 2 : –2 specchi NiCo da nuovi mandrini (prodotti in questo contratto) –1 specchio da mandrino NHXM fase A –Thin Gold –Multilayer Pt/C Attività principali: –Realizzazione specchi NiCo con coating multilayer –Integrazione degli specchi nella struttura meccanica –Prove al fascio raggi-X dei moduli integrati presso la Panter Facility

18 18 RIVELATORI PER ALTE ENERGIE: Attività di R&D Nel novembre 2006, l’Unità TPO ha commissionato 5 studi tecnologici di R&D della durata di 8 mesi per nuove idee nel campo dei rivelatori per astrofisica delle alte energie, conclusi nel luglio 2007. Uno di questi studi era: Payload per Polarimetria X: INAF/IASF, Roma e INFN, Pisa Studio di fattibilità per la realizzazione di un prototipo di Polarimetro a MicroPattern per raggi X. Lo sviluppo, tutto italiano, di questa nuova tecnica, basata sulla visualizzazione delle tracce dei fotoelettroni in un rivelatore a gas finemente suddiviso, ha aperto la via ad esperimenti di alta sensibilità proposti per varie missioni. Sulla base dei positivi e promettenti risultati raggiunti da questi studi, l’Unità TPO ha ritenuto che dovessero essere approfondite alcune particolari tematiche di sviluppo tecnologico e ha proposto lo sviluppo del programma “Payload Alte Energie: sviluppo di Tecnologie abilitanti” con TAS-I, Milano. In particolare, sono state proposte per lo studio: –Elettronica di processing e prototipizzazione di un polarimetro X: progettazione e realizzazione di un prototipo dell’elettronica di acquisizione e processing dei dati scientifici prodotti da un polarimetro X ed integrazione con un prototipo migliorato e testato del rivelatore (front-end polarimetrico) –S/W compressione dati a bordo (calcolo del punto di impatto e dell’angolo di polarizzazione) –Studio di nuove miscele di gas per estendere la banda ad energie più alte