Apollo Sommario scientifico e finanziario dei tre anni di attivita’ 2011 – 2013, difficolta’ incontrate, criticita’ non risolte, proseguimento del lavoro.

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1 Apollo Sommario scientifico e finanziario dei tre anni di attivita’ 2011 – 2013, difficolta’ incontrate, criticita’ non risolte, proseguimento del lavoro nel 2014 … 9 dicembre 20131Workshop Apollo - Roma A. Lanza

2 9 dicembre 20132Workshop Apollo - Roma A. Lanza Firmatari del proposal nel 2011 Monica Alderighi 9,3, Stefania Baccaro 1, Federico Belloni 3, Mirko Bernardoni 4, Mauro Citterio 3, Alessandro Costabeber 7, Paolo Cova 4, Valentina De Luca 2, Nicola Delmonte 4, Davide Della Giustina 7, Simone Gerardin 7, Francesco Iannuzzo 2, Agostino Lanza 5, Roberto Menozzi 4, Alessandro Paccagnella 7, 8, Marco Riva 6, Annunziata Sanseverino 2, Francesco Sichirollo 7, Giorgio Spiazzi 7, Marco Stellini 7, Paolo Tenti 7. C. Abbate g,d, M. Alderighi f,a, S. Baccaro e,d, G. Busatto g,d, M. Citterio a, P. Cova j,c, N. Delmonte j,c, V. De Luca g,d, S. Fiore e,d, S. Gerardin i,b, E. Ghisolfi k, F. Giuliani j, F. Iannuzzo g,d, A. Lanza c,, S. Latorre a, M. Lazzaroni h,a, A. Paccagnella i,b, M. Riva a, A. Sanseverino g,d, G. Spiazzi i,b, F. Velardi g,d Firmatari nel 2013 (TWEPP) Collaborazione 10 su 22 sono stati attivi per i tre anni. Escludendo i dottorandi, solo 3 senior su 15 hanno dato forfait (20%). La collaborazione attuale vede circa lo stesso numero di partecipanti, 21, di quella iniziale, con nuovi ingressi di senior e giovani che hanno compensato le uscite. C’e’ quindi stato un generle interesse per questa attivita’, considerato l’assenza di fondi per pagare personale.

3 9 dicembre 20133Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Milano Nel proposal Milano aveva 3 workpackage, che comprendevano: 1 – analisi delle architetture di distribuzione e scelta di quella da implementare. Scelta della topologia DCS. Progetto, realizzazione del prototipo singolo modulo simil-calorimetro Lar (MC) e supporto ai test in radiazione e B; 2 – come il wp 1 ma con le specifiche per Muoni; 3 – costruzione dei sistemi Lar (3 moduli MC) e Muoni (3 moduli MC), costruzione dell’elettronica di interfaccia DCS, test di funzionalita’ dei controlli DCS in ambiente ostile, test di funzionalita’, in radiazione, in B e di EMI su entrambi i sistemi.

4 9 dicembre 20134Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Milano Consuntivo - Milano ha avuto grossi problemi di manpower specializzato alla fine del primo anno, nel secondo anno di fatto l’attivita’ e’ stata molto ridotta, solo nel terzo anno e’ ripresa; - la conseguenza e’ stata che il progetto di miglioramento del prototipo realizzato durante il PRIN 2007 si e’ arenato. Sono stati fatti su questo prototipo test termici e miglioramenti funzionali di fatto solo a partire dalla seconda meta’ del secondo anno, grazie all’ingresso di Stefano e Massimo; - la costruzione del sistema per i Muoni non ci e’ stata finanziata dai referee al secondo anno; - lo studio del sistema DCS e la sua implementazione e verifica non e’ mai decollata. Non e’ stato pianificato nessun test in radiazione di FPGA, il workgroup messo in piedi dal Cern sull’argomento, a cui si erano iscritti Monica e Sandro, non ha mai fornito informazioni alla collaborazione; - alla fine del terzo anno si e’ riusciti ad ordinare la costruzione dei moduli e della meccanica per il sistema Lar, ma la disponibilita’ di almeno un sistema ci sara’ solo verso la meta’ del 2014, ed i test saranno possibili solo nelle seconda parte del 2014; - non previsto nel programma, sono stati eseguiti dei test di caratterizzazione a banco e al LASA in B di dispositivi commerciali su schede demo.

5 9 dicembre 20135Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Padova Padova aveva 6 workpackage: 1 – Topologie coreless e incremento della frequenza di commutazione per lavorare con induttanze coreless, topologie ad alto rapporto di riduzione della tensione, progetto teorico di un convertitore coreless e di uno ad elevato rapporto Vin/Vout, sia la parte di potenza che quella di controllo, e studio dell’impiego di GaN con loro caratterizzazione; 2 – Progettazione e realizzazione di due prototipi nelle topologie del wp 1 e loro valutazione, incluso lo studio di ottimizzazione della dissipazione; 3 – Produzione di due prototipi finali ottimizzati delle due topologie e loro caratterizzazione,incluse le misure EMC; 4 – irraggiamento di MOSFET con protoni al CN (LNL) e con gamma a Calliope (Casaccia), e studio dell’effetto di annealing; 5 – Come il punto 4 ma con GaN; 6 – Irraggiamenti con protoni al CN dei prototipi PoL costruiti per la validazione in ambiente ostile con dosi comparabili con LHC fase 2.

6 9 dicembre 20136Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Padova Consuntivo: -Il gruppo di Padova ha avuto una forte emorragia di persone all’inizio, fra le quali tutti gli esperti di irraggiamenti, quindi i wp 4 e 6 sono saltati, ovvero sono stati effettuati ma con altri scopi e comunque al di fuori dell’INFN. Nell’ultimo anno, pero’, e’stato possibile recuperare alcuni risultati, essenzialmente irraggiamenti a bassa energia, presentati come Apollo a RD13; - La carenza di manpower ha causato il taglio del progetto del PoL coreless, che aveva meno importanza per un utilizzo su rivelatori ad alta corrente, e comunque non poteva essere concorrenziale con i PoL integrati progettati al Cern dal gruppo di Faccio; - Per lo stesso motivo, in aggiunta alla difficolta’ tecnica di avere accesso allo stadio finale del PoL dall’esterno, la collaborazione con Faccio sulla parallelizzazione di due o piu’ PoL, formalizzata in un accordo scritto, non ha avuto seguito; - il prototipo del wp 2, con nucleo e con stadio finale a GaN, e’ stato realizzato in due esemplari, di cui uno sotto irraggiamento gamma a Calliope, mentre il secondo sara’ testato in B al LASA il 19 p.v.; - La parte di controllo implementata sul prototipo, come noto, non e’ rad-hard, e sara’ necessaria una sua riprogettazione, probabilmente ad elementi discreti.

7 9 dicembre 20137Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Pavia Pavia aveva 3 workpackage: 1 – Analisi termica di dispositivi, schede e sistema e costruzione di schede di test per la messa a punto dei modelli termici; 2 – Simulazioni termiche,progettazione e costruzione dei dissipatori per i prototipi, misure termiche per la verifica delle prestazioni e supporto per i test in radiazione e in B; 3 – Verifica delle prestazioni del trasformatore planare, studio di fattibilita’ di produzione di nuclei di materiali magnetici ad alta saturazione in collaborazione con l’industria (FN S.p.A.), individuazione dei migliori materiali magnetici, produzione di prototipi e verifica delle loro prestazioni.

8 9 dicembre 20138Workshop Apollo - Roma A. Lanza Consuntivo: - La composizione del gruppo e’ rimasta sostanzialmente stabile nei tre anni, con il cambio di alcuni dottorandi; -le simulazioni sono state eseguite acquistando una licenza Ansys via INFN CNAF, e hanno consentito di produrre un dissipatore del MC migliorato rispetto alla versione iniziale del 2011; - le misure termiche sono state limitate dalla mancata disponibilita’ di un secondo modulo del prototipo che includesse le ottimizzazioni evidenziate; - sono stati effettuati due test in B al LASA assieme ai colleghi milanesi, di cui l’ultima su dispositivi commerciali; - la produzione di nuclei di materiali magnetici ad alta saturazione si e’ rivelata molto complicata. La societa’ specializzata e’ stata individuata in FN S.p.A., sono iniziate le prove di stampaggio, con uno stampo costruito ad hoc, e di sinterizzazione, ma la mancanza di un forno con atmosfera riducente non ha consentito di ottenere prototipi utilizzabili su schede. Nell’ultimo anno poi questo R&D ha sofferto per i problemi di liquidita’ dell’azienda. Workpackage di Pavia

9 9 dicembre 20139Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Roma1 Roma1 aveva 3 workpackage: 1 – caratterizzazione elettrica di MOSFET di potenza con caratteristiche adatte ai DC/DC progettati da Milano e Padova, in collaborazione con Padova definizione dei parametri dei dispositivi da testare in radiazione, e organizzazione di campagne di irraggiamento con gamma a Calliope, con neutroni a Tapiro, con protoni a LNS e LNL, con ioni pesanti a LNS e LNL. Studio dei meccanismi di danneggiamento da SEU con simulatore 3D ad elementi finiti T-CAD; 2 – come per il wp1 ma con dispositivi GaN; 3 – estrapolazione dei dati delle campagne di irraggiamento all’ambiente di funzionamento dei DC/DC (ATLAS), analisi degli elementi circuitali dei DC/DC dal punto di vista della radiazione e organizzazione di campagne di irraggiamento dei prototipi.

10 9 dicembre 201310Workshop Apollo - Roma A. Lanza Workpackage di Roma1 Consuntivo: - Roma1 e’ l’unico gruppo che e’ riuscito ad aumentare la propria capacita’ di manpower e di expertise; - sono state organizzate parecchie campagne di irraggiamento su dispositivi MOSFET e GaN, come previsto dal programma, inoltre sono stati aggiunti dispositivi SiC, non previsti inizialmente; - si sono trovati problemi ad irraggiare a LNS (perso tutto il 2013 a causa di un guasto al ciclotrone) e a Tapiro, per difficolta’ amministrative; - sono state eseguite diverse campagne di irraggiamenti combinati gamma – ioni pesanti, che hanno dato ottimi risultati; - e’ auspicabile che i dispositivi testati ed i risultati ottenuti vengano riassunti in un database (tabella Excel) disponibile per il prosieguo dell’attivita’.

11 9 dicembre 201311Workshop Apollo - Roma A. Lanza Disseminazione dei risultati Vedi elenco presentato da Massimo, per altro incompleto come presentazioni alle conferenze. Occorre aggiungere all’elenco i laureati e dottorati sulle attivita’ della collaborazione.

12 9 dicembre 201312Workshop Apollo - Roma A. Lanza Consuntivo finanziario Siamo costati 320 kEuro in tre anni, una cifra considerevole

13 9 dicembre 201313Workshop Apollo - Roma A. Lanza Prospettive per l’immediato futuro -e’ stata resa nota settimana scorsa la nuova schedula di LHC. Come previsto, la fermata per fase due iniziera’ nel 2023 e si concludera’ presumibilmente nel 2024; - la necessita’ di sostituire tutti i sistemi di alimentazione entro il 2023 e’ un dato di fatto. La tempistica richiede che la produzione inizi non oltre il 2020, massimo inizio 2021. Questo significa che l’ingegnerizzazione dei prototipi realizzati dall’industria (CAEN) inizi nel 2018, e lo studio e realizzazione dei prototipi dei sistemi di nuova generazione abbia inizio possibilmente nel 2014, e comunque entro il 2015; - la fase “accademica” di studio dei sistemi deve quindi terminare ora per lasciare spazio alla fase “industriale”; - in questa ottica, sono in contatto con CAEN per definire i nuovi sistemi, partendo dai risultati di Apollo e continuando per quanto possibile la collaborazione; - per questa fase e’ necessario trovare fondi in ambito diverso dall’INFN. Una possibilita’ sara’ offerta da H2020, ma richiedera’ di formare una collaborazione internazionale, impresa non banale che richiedera’ uno sforzo organizzativo prolungato nel tempo; - una seconda opportunita’, molto piu’ concreta, e’ rappresentata dai bandi regionali toscani, che usciranno all’inizio di gennaio 2014, che CAEN ha gia’ cominciato ad esplorare con buone probabilita’ di successo. La collaborazione deve essere fra una media industria (CAEN) capofila, una piccola industria (una dell’indotto CAEN) e un ente di ricerca (INFN). Sono coinvolti, oltre al sottoscritto, colleghi di CMS (Ettore Focardi) e di fisica interdisciplinare (Giusy Bisogni) per applicazioni PET/MR. Il mio obbiettivo e’ di mantenere attiva l’attuale collaborazione sulle tematiche di sostegno ai progetti CAEN, di irraggiamento di dispositivi e sistemi e di ricerca e caratterizzazione di materiali ad alta saturazione in B.

14 9 dicembre 201314Workshop Apollo - Roma A. Lanza

15 9 dicembre 201315Workshop Apollo - Roma A. Lanza