Lar calorimeter.

Presentazione sul tema: "Lar calorimeter."— Transcript della presentazione:

1 Lar calorimeter

2 All 183,296 channels being readout Calibration:
< 0.1 % of isolated dead read-out channels Calibration: Every 8 hours: (For studies of stability, DB will only be updated if significant changes are detected) Pedestal runs for pedestal values, noise, noise autocorrelation Pulser runs for ADC to MeV conversion factors Take regular delay runs to monitor changes in the calibration pulse shape Electronic calibration constants will be ready for data taking (~1% uniformity)

3 Combined cosmic running:
LAr have made a big effort to take weekly cosmic runs since 2006. Weekly running, Calo weeks, Mn weeks M8 week on-going: 11-20/07 Gain experience to smoothly operate the entire calorimeter system (Lar+Tile) In the past, these combined runs were focused on finding detector problem. Now turning to focus on more combined studies Monitoring: From hardware monitoring, now also higher level plots are already available such as cell and cluster plots Bad channel and realistic noise databases will be ready for data taking

4 First failure at 10 kA and depends on phi location
A systematic study of LVPS was pursued during recent magnet tests (June) 2/3 of LVPS in LAr-endcaps cannot be operated while BT is at 20kA First failure at 10 kA and depends on phi location B-field task force setup by TC to find a solution Try to find a way to improve the situation for the 2008 run. Probably install more shielding during winter shutdown for 2009 FCAL HEC-C + FCAL EMEC-C

5 Partecipazione e formazione alla presa dati
Contributo Milano: Attivita’ HV Calibrazione calorimetro Partecipazione e formazione alla presa dati Partecipazione durante M7 agli shifts e formazione di persone turni LAR Partecipazione shifts “esperti” DCS durante fine luglio Partecipazione alla presa dati durante M8 e nei periodi successivi

6 Calibrazione Metodo sviluppato per calibrare e/g partendo dalle energie depositate nei compartimenti del calorimetro l'analisi e la ricostruzione delle simulazioni conclusa con buonissima efficienza (~90-95%) sulla grid Circa 6M ev a 8 energie (10,25,50,75,100,200,500,1000 GeV) una prima versione del codice di calibrazione e’ dentro athena con la prima versione preliminare dei parametri estratti dai nuovi dati con Nuova versione geometria e nuova versione di GEANT codice per estrazione dei parametri sara' presto pubblico Fornire i parametri della calibrazione per l’inizio della presa dati

7 Stato HV Garantito operativita’ HV
Numero di problemi (<1%) stabile, i canali con corti sono su linee separate e operati a tensioni piu’ basse Responsabili del software HV per tutta la calorimetria Lar (barrel/endcap e EM/HAD): Parte low level: OPC client (settaggi e monitoring di base); si interfaccia al OPC server fornito da Iseg Parte high level: integrata col resto del DCS di ATLAS (FSM, gestione allarmi). Usa strumenti sviluppati da IT e dal central DCS di ATLAS Disponibile e in uso per tutto il calorimetro LAr dalla fine dell’anno scorso. Soggetta a continui aggiornamenti e review nei mesi scorsi E’ praticamente nella forma finale per affrontare la prima parte del data taking

8 Stato software HV Scrittura nel Condition DB (COOL) funzionante per tutti i canali HV del calorimetro (tensione e corrente) E’ in fase di sviluppo e test il SW offline per leggere questi dati e apportare le opportune correzioni ai segnali Questo permette di fare dei test piu’ approfonditi Allarmi: Standardizzazione secondo le regole del DCS di ATLAS Semplificazione e riorganizzazione degli allarmi To be done: Configuration DB: download of preset configuration into modules Full usage of actions (ON, OFF, Ramp, Reset) into FSM

9 Stato software HV Su una time-scale differente stiamo anche pensando ad ulteriori sviluppi da inserire nel software ufficiale durante lo shutdown invernale per essere pronti per la ripresa del data taking nel 2009 Un ulteriore sviluppo: integrazione del DCS (Detector Control System) nel DQ (Data Quality): Identify which DCS monitored quantities (HV, LV, Temperature) are important for monitoring quality of data taken Define a coherent and efficient way to assess a DQ flag for a run / LB (luminosity block)

10 Attivita’ 2009 Consistenza del gruppo LAr sostanzialmente invariata rispetto al 2008 Nel 2009 al CERN - 1 esperto HV, presenza continua nell’anno ( durante shut-down e presa dati) - 1 persona continua dall’ inizio presa dati per calibrazione elettromagnetica FTE per aspetti specialistici (HV/DCS e Calibrazione) - Partecipazione ai turni di presa dati Lar tasks: HV activities: HV expert, HV test set-up, DCS expert Data preparation: e/g calibration, ETmiss calibration

11 R&D per SLHC Come manifestato in passato c’e’ interesse a partecipare ad un programma di R&D per lo sviluppo di elettronica di Front-End veloce e rad hard con tecnologia SiGe per il calorimetro Lar a SLHC Lar EoI ad ATLAS  R&D Towards the Replacement of the Liquid Argon Calorimeter Front End Electronics for the sLHC (ATU-RD-MN-0001 v.1, 11 February 2008)  CERN R&D di ATLAS gia’ approvato:  Evaluation of Silicon-Germanium (SiGe) Bipolar Technologies for Use in an Upgraded ATLAS Detector (ATL-P-MN-0007, 18 June 2006) Milano partecipa ad entrambi i progetti: Con il BNL, LAL di Orsay, Nevis Lab. Columbia e University of Pennsylvania

12 R&D per SLHC Nell’ambito dello studio di una nuova architettura per la FEB, l’interesse del gruppo e’ per un lo sviluppo di un circuito integrato (IC) prototipo per la parte analogica dell’elettronica di front-end: strutture di I/O in grado di sopportare eventuali scariche di alta tensione (4 mJ scariche multiple) un preamplificatore a basso rumore, con ingresso a bipolari con emettitore a massa (Rbb’ < 5-6 ohm) il preamplificatore deve essere in grado di terminare/matchare linee di trasmissione da 25 e 50 W uno shaper bipolare un circuito di track & hold

13 In una prima fase: acquisizione di “test samples” da partner industriali e misure di caratterizzazione sui campioni realizzazione di celle elementari e strutture di test con layout “radiation tolerant” caratterizzazione delle celle di “libreria” progettate test di irraggiamento, misure delle caratteristiche delle strutture di test dopo irraggiamento Nella fase inizile e’ un’attivita’ simile MA NON uguale a R&D SiGe in Gr. V: Inevitabilmente, nella fase iniziale di studio tecnologico, i due programmi hanno sovrapposizioni: caratterizzazione di dispositivi e di circuiti elementari MA anche delle delle marcate differenze: I/O pad protetti contro scariche di alta tensione, layout radiation resistant, studio del danneggiamento da radiazione Se entrambi i programmi saranno approvati  ottimizzazione dei due piani di lavoro e, se necessario, revisione delle richieste finanziarie

14 Acquisto di “silicio” nei MWP di Europractice: ~ 15 kEuro
Costruzione di apparati sperimentali dedicati: ~ 7 kEuro  progettazione e realizzazione PCB di test(tre differenti schede di ~ 1000 euro/each) Acquisto di componentistica per i test (~ 600 euro) Acquisto di schede di interfaccia/acquisizione per un sistema di presa e memorizzazione dei dati (due schede di ~ 1000 euro) Aggiunta dell’IVA ~ 1200 euro  Acquisto di “radiation time”: ~ 18 kEuro test con radiazione gamma alla Casaccia (Max dose rate: 0.2 Mrad/hr, Dose totale ~ 10 Mrad Tempo di irraggiamento ~ 50 hr Costo della sorgente: ~ 7000 euro + IVA) test con protoni da 180 MeV ad Uppsala (per avere una radiazine di ~ 2 10x14 protoni occorre prevedere circa 14 ore. Costo: ~ 800/hr Costo Totale: ~ euro + IVA) TOTALE: ~ 40 kEuro

15 Back-up

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17 G. Costa ATLAS-Italia Milano
LVPS (nuovi problemi) Durante il test del BT (17-19 giugno) Alcuni LVPS erano stati lasciati “on” su EMEC ( Crates A10, C11) (LVPS previsti lavorare <150 Gauss) E’ stato osservato durante la rampa di B un piccolo effetto indotto da campo magnetico prima sulla linea -4V. Successivamente per C11 LVPS →off probabilmente per sovratensione sulla linea -7 volt ( causata del campo magnetico) Evidenziando ancora una piccola caduta di tensione su -4 volt Problemi di saturazione del trasformatore per -4 volt Gli esperti parlano di :” sbilanciamento dei moduli e temono Possibili effetti sulla loro vita “ 15/06/2018 G. Costa ATLAS-Italia Milano

18 G. Costa ATLAS-Italia Milano
Il problema contuna ad essere studiato seguiranno simulazioni per migliorare la schermatura etc 15/06/2018 G. Costa ATLAS-Italia Milano

19 Reminder: Field Measurements (slides 2007)
15/06/2018 G. Costa ATLAS-Italia Milano

20 Measurements outside the boxes (slides feb 2007)
BT coil BT coil (mT) outside the boxes Show similar pattern in EndCap and Barrel, but in Barrel the LVPS are in the “good” positions (red lines)  1 LVPS worked 15/06/2018 G. Costa ATLAS-Italia Milano

21 G. Costa ATLAS-Italia Milano
15/06/2018 G. Costa ATLAS-Italia Milano

22 Conclusions (slides feb 2007)
Measurements done in the LVPS “boxes” showed that we have to expect up to 300Gauss at nominal field (LVPS work < 150Gauss) 2D field calculations cannot reproduce these measurements 3D calculations have very rough geometry description of this region and are therefore only of limited reliability. However, they agree better with the measurements Proposal: Produce additional 2cm thick protection plates (~100) that can be mounted on top of the existing ones. Add one plate everywhere and maybe 2 plates in critical positions (e.g. endcap) 15/06/2018 G. Costa ATLAS-Italia Milano

23 Lar HV system Hardware set-up (5 racks): 20 crates, ~150 HV modules produced by Iseg GmbH ~5000 channels The system serves all Lar calorimetry system (barrel, EC and forward; barrel and EC presamplers; barrel and EC purity monitors) Great knowledge of all hardware aspects of the system (Iseg modules, cables, interlock system) Hardware provided by : Wuppertal, CERN, Stockolm (+ Dresden) and Helmut Braun (Wuppertal) responsible. Milano joined the project beginning 2003 with the responsibility to develop the software. 100% responsible for all HV software

24 DCS Architecture DSS LHC Magnet CERN Tile CIC Pixel SCT TRT MDT TGC
DIP WAN Magnet CERN DCS_IS Operator Interface Data Viewer Alarm Status Web LAN Tile CIC Pixel SCT TRT MDT TGC RPC CSC LAr OPC Cooling Racks Environ ELMB Temp HV FE Crates HEC LV Purity Front-End Systems LCS USAL1 LCS USAL2 LCS US15 LCS SDX1 LCS 2 LCS 3 LCS 4

25 6 PC to control the whole HV system
EMBPS EMECPS EMEC hospital CC EMB EMB hospital Purity mon HEC -A FCAL-A HEC-C FCAL-C EMEC-A EMEC-C pcatlarhv1 pcatlarhv7 pcatlarhv3 pcatlarhv5 pcatlarhv2 pcatlarhv6 ID=59 ID=63 ID=57 ID=61 ID=58 ID=62 ECA barrel ECC 6 PC to control the whole HV system We have to control, maintain, upgrade and install software (standard and our software) on all 6 machines

26 LAr HV interlock review, 21/10/2007
...to Iseg modules... We write software at two levels: Base software to control the modules via PC and for low level settings and monitoring Software to integrate our system in the rest of the ATLAS DCS. Communicate with the higher levels of the DCS systems. Especially for point 2, we use software tools developed by CERN IT-CO-BE or ATLAS central DCS. Main integration elements: Finite State Machine Alarms Condition DB write-out (Oracle/COOL) 2-channel Peak PCI CAN OPC server PVSS project HV PC Display in CR LAr HV interlock review, 21/10/2007

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31 R&D per SLHC Argomenti di interesse (cfr. WG del GR1): elettronica FE, HV per SLHC Il gruppo di Milano ha aderito ad una proposta di R&D generale su elettronica FE in SiGe: "Evaluation of Silicon-Germanium (SiGe) Bipolar technologies for use in an upgraded ATLAS detector“, ATL-PA-MN-0006, 15/06/06) gia’ sottoscritta da varie istituzioni (BNL, S. Cruz, Barcellona, IN2P3, Penn) recentemente approvata dall’ ATLAS EB Milano interest will be mostly focused on studying the SiGe technology, and circuit built with it, in view of the re design/replacement of the Liquid Argon calorimeter FE electronics for the SLHC, for which a good analog process is essential. A preliminary architecture of a new LAr front-end electronics is described in an EOI being prepared by LAR

32 R&D per SLHC Nel 2008 il gruppo di Milano vorrebbe iniziare lo Sviluppo di Elettronica di Front-End : Caratterizzazione di dispositivi Bi-CMOS in SiGe (IBM e AMS) attraverso misure statiche, di rumore e di resistenza alle radiazioni Progettazione di una “libreria” di circuiti con layout “radiation tolerant” - la tecnologia SiGe e’ divenuta recentemente disponibile anche nei programmi EUROPRACTICE e MOSIS Sarebbe auspicabile un inizio di questa attivita’ nel 2008 in collaborazione con BNL e Orsay che hanno gia’ iniziato attivita’ simili nel 2007

33 Attuale Architettura della FEB
La presente architettura e’ basata su: Architettura complessa che fa uso di 13 differenti ASICs Pipeline analogica (SCA) Somme analogiche sulla FEB digitalizzate da una Tower Builder Board e trasmesse otticamente al L1 (per mantenere una L1 latency ~2.5s) Grande sforzo per ridisegnare l’intera FEB rad hard

34 Possibile nuova architettura
E’ una proposta che potrebbe ancora cambiare La nuova baseline si basa sull’idea di digitalizzare tutti i segnali il prima possibile Occorre avere ADC veloci sulla FEB per evitare la pipeline analogica on-detector Occorre ridurre al minimo la potenza dissipata nella fase di digitalizzazione esempio: assumendo che il 50% della potenza in una FEB sia dovuta agli ADC, e mantenendo costante la potenza globale per FEB a circa 100 Watt  ~100*0.5/128 ~0.4W/ADC. E’ possibile? LVL1 (digital) pipeline potrebbe avvenire ‘off detector’ se saranno disponibili link ottici veloci (strategia ancora tutta da verificare) La selezione del guadagno potrebbe avvenire prima (come in figura) o dopo l’ADC Occorre decidere quale tecnologia usare per l’upgrade della parte analogica  SiGe sembra essere una buona opzione

35 la geometria che comporta circa 0
la geometria che comporta circa X0 di materiale in piu' davanti al calorimetro nella regione da 0.6 a 1.4 (praticamente tutto l'elettrodo B del barrel). Nell'endcap invece hanno simulato meglio la distribuzione del materiale dei servizi dell'ID, aggiungendo poco materiale, ma redistribuendolo in maniera piu' reale e non piu' simmetrico in phi. Prima il detector era assunto simmetrico in phi e ora no. nuova versione di geant: l'effetto per noi e' ~10-15% in + di energia depositata nel LArg, e di coneguenza meno nel Pb. La sampling fraction e' variata di ~15%, quindi l'effetto e' grosso, ma non comporta problemi. In + anche lo sviluppo laterale dello sciame e' cambiato, ora gli sciami sono + stretti e perdiamo meno energia fuori dal cluster. In 1 e 2 cun po' di effetti si controbilanciano, ma l'effetto globale e' che le prestazioni peggiorano sensibilmente nell'elettrodo B (risoluzione invariata circa, ma per ora lnearita' a 25 GeV al 1%, mentre prima eravamo allo 0.5%). Ad alta energia funziona tutto benissimo come prima.

36 Milano set-up One Iseg crate + 2 modules (same as the ones used in ATLAS) One 32 ch 2500 V/200 mA new generation Iseg module One 16 ch 2500 V/3 mA Used to perform special tests that it is not possible to do at CERN as all the modules are connected to the calorimeter Now performing the following tests: performance of the new modules Stability with time of the hi-current modules Hi-current module New generation Iseg module