LHCB

G. Martellotti - CSN1 16 Settembre 2002

1

LHCB

Stato dei TDR / Milestones

Ottimizzazione dell’apparato - LHCb-light - Trigger L1

Stato del RICH

Stato del rivelatore MU

Stato generale dell’esperimento

Transizione RPC MWPC G.Passaleva

Trigger Calorimetrico U.Marconi


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Stato dei TDR

APPROVATI

• Magnet• Calorimeters• RICH• Muon• VErtex LOcator• Outer Tracker• On line

DA FARE

• Inner Tracker (fine 2002)

• Trigger (fine 2002 estate 2003 ?)

• Computing (fine 2003)

• Ottimizzazione “LHCb LIGHT” (fine 2002 estate 2003 ?)Update - Outer Ttracker

- Disegno RICH1

- Stazione MU M1


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“LHCb light” (riottimizzazione dell’apparato)

1) - ottimizzazione del tracking

2) - ottimizzazione del trigger


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LHCb classic


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1) - Ottimizzazione del tracking

Rispetto allo studio preliminare con la configurazione del TP

Stime piu` realistiche troppo materiale per il tracking

ESEMPIO :Caratteristica unica di LHCb: misura teoricamente pulita di

dalla misura dei decadimenti B D* Ds k

e` necessaria la ricostruzione di 5 tracce cariche (5)


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* Ridurre il materiale - nel VErtex LOcator, - nel RICH-1

* Ridisegnare la Beam Pipe

* Ridurre il materiale e il numero di stazioni del SISTEMA DI TRACKING - ridisegnare TT1

Studiare nuovi algoritmi di track finding.

Studiare l’efficienza di rivelazione dei Kshort

- Ottimizzazione del tracking:


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2) - Ottimizzazione del trigger :

Nel TP: L0 : high Pt (+ pile-up veto) Calo + Muon

L1 : impact parameters VELO

L2 : impact parameter + Pt VELO + Track Stat.

L3 : full reconstructionLa rate di L1 e` troppo alta : tracce a basso P simulano parametri di impatto. Necessita` di selezionare a livello 1 tracce di alto

Pt con algoritmi rapidi.

Eliminare la parete di schermo del Magnete e usare il campo residuo in TT1 per avere una determinazione rapida di P.

Calcolo del parametro di impatto con VELO e TT1

Nuovo L1 :

REVISIONE DI TT1 E DEL RICH-1


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VELO : modificato Magn Shield : rimossoST1-ST3: stesso disegno di T6-T9TT1: due opzioni sono state considerate : IT(Si) + OT(straw) oppure full Si (la decisione e` stata presa) in studio la possibilita` di split di TT1 in due mezze stazioni.

RICH1: meccanica ridisegnata M1 ?

LHCb light


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Lo spessore di una camera e` ~ 15% X0 ma molti overlap + frame, cavi, elettronica M1 ~ 30% X0 .

Per alleggerire M1 ~ 16% di X0 : pannelli di honeycomb invece di poliuretano riduzione gaps da 4 a 2

Da tener presente maggior costo per i pannelli di honeycomb rivelatore meno efficiente e piu’ critico con 2 gap invece di 4

M1 “light”

M1 sta davanti al Preshower e ECAL, quindi ha un effetto sul trigger di elettrone e sulla rivelazione dei π0.Anche se l’impatto del materiale di M1 (~30% X0 ) non e` stato ancora ben quantificato, si e` deciso che M1 va alleggerita

Per il momento si e` assunta come configurazione base - M1 con 2 sole gap


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Un’ulteriore possibilità sotto esame e` la eliminazione di M1 !!( studiare diversi algoritmi di trigger - maggiore granularità in M4 e M5 per ridurre la perdita di prestazioni del trigger)

E` nostro interesse che la decisione su M1 sia presa il prima possibile (fine anno?).

La decisione e` rilevante anche per problemi di costi e man-power (che potrebbero influenzare la decisione stessa).

Il ruolo di M1 nel trigger L0 e` piu` o meno importante a seconda del livello di fondo e della bandwidth che sara` disponibile per il trigger. Con il layout e il trigger attuale l’eliminazione di M1 da` per le tre rate (300-200-100 kHZ ) :

Marsiglia e Roma 1 sono impegnate in questo studio


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Stato del Software :

La Simulazione degli eventi e` fatta ancora in GEANT3 ma la DIGITIZZAZIONE di tutti i detector (tranne il RICH) e` in C++ (*)

Il programma di ricostruzione BRUNEL e` in C++

Il programma di analisi DA VINCI in C++ che verra` usato per i TDR del TRIGGER E LHCb-LIGHT e` in dirittura d’arrivo.

Grossa produzione di eventi di TEST in Luglio-Agosto 2002 (**)

E` in corso il quality check

(*) Digitizzazione del rivelatore MU : A. Satta ROMA1 (**) Imponente lavoro di Bologna (vedi U. Marconi)

Lo studio del TRIGGER e di LHCb-LIGHT ha richiesto e richiede un grosso lavoro di simulazione che si e` trovato in piena fase di transizione al C++. Questo ha provocato (prevedibili) ritardi

Le nuove MILESTONES per i TDR del TRIGGER E LHCb-LIGHT verranno decise questa settimana a Cambridge


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Stato attivita` INFN

• Rivelatore Muoni (rivelatore, elettronica FE, ECS, software)

(Ca, Fe, Fi, LNF, RM1, RM2)

• RICH (Ge, Mi) + attivita` su ECS (Ge)

• Trigger calorimetro (Bo)• Computing Farm (Bo)

1

2


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STATO DEL RICH

RICH 1 5 cm aerogel

4 m3 C4F10

100 m3 CF4

RICH 2


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The RICH PHOTO-DETECTORS

Baseline:HybridPhotoDiodes (HPD)

Backup:Multianode PM (MaPMT)

Milestones for final decision (further delayed to autumn)

Operation of LHCb pixel chip at 40MHz OK

Operation of tube with encapsulated ALICE_LHCb chip (10MHz) Implying > 95% pixels operational

Bump bonding on final ceramic OK DEP for encapsulation

Continue MaPMT readout development to maintain MaPMT as a viable backup

Si pixel detector, bump bonded to a pixel readout chip encapsulated in a DEP tube


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RICH2 EngineeringGenova designPD housing

da finalizzare secondo la scelta dei PD

EDR in march 2002


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RICH2 Engineering

Magnetic shield

Milano design

disegno finale pronto per gare in attesa della scelta dei PD


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RICH1 “ light ” :

Reduction in material (X0, , I ) crucial for tracking

X0 : 14% (TDR) 8.5%

Removal of entrance window and beam-pipe flange

Reduced material in spherical mirrors

Reduced material in spherical mirror supports(Cherenkov radiators contribute 3.3% + 2.5%)

L1 trigger requires B-field (0 < z < 2200mm) + HPD magnetic shielding requirements

Vertical RICH1 design


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In programma Test per decidere la configurazione (dimensionamento delle mattonelle)

Aerogel (Mi) : le modifiche in corso su RICH-1 light

non implicano cambiamenti di strategia.


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R&D Specchi compositi per RICH1 (Mi)

prepiegatura delle lastre di plexiglass a Milano “sandwich” composto nel forno al CERN

(tecnica sviluppata inizialmente a Roma/Sanita` e trasferita a Milano)

Required 95% of light within diameter of 2.5mm

CMA composite prototype

* Ottenuti prototipi nelle specifiche ottiche

* In corso test di stabilita` (in atmosfera di CF4)

ECS # Glue-CardSchema a blocchi

Nell’ambito dell’attivita DAQ/ECS, GENOVA si occupa della progettazione e programmazione della scheda di interfaccia Glue-Card, tra Credit Card-PC e schede di elettronica utenti

Stato avanzamento lavoro a Genova

Il lavoro previsto (entro il 2003) consiste nella realizzazione:

1. di alcune schede prototipo complete funzionanti corredate della relativa documentazione in modo da poter essere “clonate” dai gruppi “utenti” ed installate sulle relative schede.

2. di una “evaluation board” per il sistema Credit-Card-PC + Glue-Card che possa essere utile per sviluppo del software di sistema e per la diagnostica

Sono state definite le specifiche in collaborazione con il gruppo CERN .

Sono attualmente pronti gli schemi elettrici del prototipo e per la fine di Settembre saranno pronti i file da inviare alle ditte


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STATO DEL RIVELATORE DI MU

(Aggiornamento della presentazione di G. Carboni 25,06,02)

Stato dell’elettronica

Stato del Rivelatore

- Stato R&D del rivelatore a GEM

- Sviluppi recenti MWPC

- Transizione RPC MWPC ( G. Passaleva)

Revisione dei costi


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Il rivelatore Mu di LHCb

435m2

1380 camere

M1 M2 M3 M4 M5

INFN

~ 85% dell’investimento totale

Sezioni

Cagliari

Ferrara

Firenze

LNF

Roma I/PZ

Roma II

INFN

~ 85% dell’investimento totale

Sezioni

Cagliari

Ferrara

Firenze

LNF

Roma I/PZ

Roma II

All’INFN le maggiori responsabilità (Proj. Leader, Elettronica, Software)


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LHCb Italia – LHCb Italia – ELETTRONICAELETTRONICA del del rivelatore per muonirivelatore per muoni

120000 canali di lettura120000 canali di lettura

Responsabilità quasi totalmente italiana:

Coordinamento Coordinamento A. Lai – CagliariA. Lai – Cagliari11000 Front-end boards11000 Front-end boards Cagliari, Cagliari, CERNCERN, LNF, Roma , LNF, Roma

I, Roma III, Roma II20000 Circuiti integrati ASD20000 Circuiti integrati ASD CERNCERN11000 Chip DIALOG (front-end)11000 Chip DIALOG (front-end) CagliariCagliariAlimentatori F/E basse tensioniAlimentatori F/E basse tensioni LNFLNF144 Service Boards144 Service Boards Roma IRoma I152 Intermediate Boards152 Intermediate Boards LNFLNF4500 SYNC chips4500 SYNC chips CagliariCagliari148 ODE boards148 ODE boards Cagliari, LNFCagliari, LNF12 DC boards12 DC boards Roma IRoma IECSECS Roma IRoma I

Attualmente sono in fase di progettazioneAttualmente sono in fase di progettazioneTutti i prototipi delle componenti del sistemaTutti i prototipi delle componenti del sistema

Test della catena di acquisizione completaTest della catena di acquisizione completaprevisto per la fine del 2002previsto per la fine del 2002

La produzione di massa parte alla fine del 2003/inizio 2004La produzione di massa parte alla fine del 2003/inizio 2004


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DIALOG

Muon front-end scheme (inside the cavern)Muon front-end scheme (inside the cavern)

On detector Electronics

Off detector Electronics

Mu

on

Ch

am

bers

AS

D (

CA

RIO

CA

) DIALOG chip(DIagnostics time Adjustment and Logics)• Phase adjustment• Generation of Logical channels for L0• Front-end operation control

10 m cabling(LVDS)

OL to counting room(L0 information and DAQ)

• Synchronization• Phase measurement• BC-Id tagging• L0 pipelines• L1 pipelines• Zero suppression• Data Format

Service Boards(on crates)

• Controls• Calibration pulses• I2C master• Low Voltage

Data Concentrator(on crates)


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Attività a CagliariAttività a Cagliari

Progetto DIALOG – chip per il front-end:•Versione inviata nel Novembre 2001•Test a Marzo completamente soddisfacente•Versione (“finale”) inviata ad Aprile 2002•Prototipi attualmente sotto test

Front-end per GEM (ASDQ)•Prototipi OK (anche per MPWC), piccola produzione in corso

Progetto SYNC – chip per le schede ODE:•Ottobre: pronta una versione semplificata su FPGA•Novembre: scheda figlia per ODE per SYNC+GOL•Dicembre: versione in tecnologia IBM0.25

Prototipi chip ~ febbraio 2003•Attualmente in fase di progettazione

Inizio attività sul CARIOCA: schede di test e test chip (Ingresso anche sul lavoro di disegno, anche in vista dell’integrazione con DIALOG)


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DIALOG-DIALOG- layout finale layout finale (inviato il 15 April 2002, attualmente sotto test)(inviato il 15 April 2002, attualmente sotto test)

8 Logical channels out(LVDS)

8 P

hysic

al ch

an

nels

in

(L

VD

S)

8 P

hysic

al ch

an

nels

in

(L

VD

S)

ASD Threshold

ASD Threshold

I2C AddressI2C daisy chain IN I2C daisy chain OUT

ASD pulse ASD pulse

Size:

• Width: 3.875 mm

• Height: 3.775 mm

98 pins

Technology:

IBM 0.25 m,

with rad-tol

layout techniques

Come sotto-prodotto contiene il TDC per il chip SYNC


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Attività a LNFAttività a LNF

Disegno schede IB:•Schema della scheda e dei circuiti programmabili definiti•PCB inviato per la fabbricazione

Disegno schede ODE:•Architettura interna e schema definiti•Definizione del PCB quasi ultimata•Fabbricazione per Ottobre – inizio test

Disegno e prototipo di un regolatore switching per il front-end

•Realizzato e testato ad Aprile con ottimi risultati•Da effettuarsi la caratterizzazione sotto radiazione

Disegno e uso di schede per front-end delle camere• Prototipi basati su ASDQ, per il test delle camere


29IB &IB & transition transition board (luglio 2002) board (luglio 2002)


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Attività a Roma IAttività a Roma I

Disegno e produzione delle schede di front-end per ASDQ e CARIOCA

•Varie versioni in collaborazione col CERN

Service Board ed ECS•PCB gia` testato a luglio

(4 ELMB con 3 link I2C 12 rami I2C per scheda) già sufficiente per test della catena in autunno

Clock distribution board e custom backplane per SB•(per più schede in un crate) in fase di disegno

Data Concentrator (ODE crate)•Architettura interna definita. Disegno da iniziare

Atteso per fine anno

Elettronica per stazione di test per camere


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SB

SB

SB

SB

SB

SB

PDM

SB

SB

SB

SB

SB

SB

16 Can

nodes

17 Can

nodes

16 Can

nodes

ELMB

ELMB

ELMB

ELMB

SB

CANbus

ELMBPDM

CANbus

Service Board CrateService Board Crate

6U VMECrate

Custom Backplane

Service Board

Pulse Distributor ModuleService Board (luglio 2002)


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INFN – tutto OK Piano di lavoro 2003

1. Schede IB, ODE e SB• Validazione dei prototipi dal test della catena, correzioni

e realizzazione moduli 0 1o

trimestre• Test moduli 0 (singole schede) 2o

trimestre• Disegno modulo 0 del sistema e produzione 3o

trimestre• Test modulo 0 del sistema 4o

trimestre2. Circuiti integrati• Test SYNC e invio SYNC finale 2o trimestre• Disegno CARIOCA+DIALOG 3o trimestre• Engineering run CARIOCA+DIALOG, SYNC 4o trimestre• Production run 1o 20043. Elettronica per sistema di test per produzione

camere

Conclusioni - Conclusioni - elettronicaelettronica

CERN ASD Carioca : I’ultima versione (Aprile) mostra progressi. Ancora qualche problema. Gli Italiani sono entrati nel gioco. Il goal e` di avere l’ultima sottomissione all’ inizio 2003. Ritardi del Carioca partenza dei test di produzione camere con FE provvisorio (ASDQ).


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Panorama camere del rivelatore Mu1380 camere : 864 MWPC , 480 RPC , 36 GEM ?

Celeste: FE, LNF e Roma1 Marrone: FI e Roma2 (RPC) Verde: CERN Giallo: PNPI

Celeste: FE, LNF e Roma1 Marrone: FI e Roma2 (RPC) Verde: CERN Giallo: PNPI

Stazione

(la dimensione delle camere cresce)

Regione

Il numero di camere cresce

GEM ?


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R&D di rivelatori tripla-GEM per la zona centrale di M1

Cagliari, Frascati


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Effi

cie

nza in

25 n

s

99%

Camera Singola

Effi

cie

nza in

25 n

s

99%

2 camere in OR

Tutte le miscele scelte permettono di raggiungere la risoluzione temporale richiesta ma hanno diverse

probabilita` di scarica

studio di miscele di gas con alta velocità di deriva


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Probabilità di scarica • Scariche in rivelatori a gas: correlate con la transizione da

avalanche a streamer; funzione della tensione (guadagno) e dalla densità di carica

• Per ridurre le scariche:– Distribuire il guadagno su più GEM rivelatori con 3 GEM

– Diminuire la densità di carica aumentando lo spessore dell’ultima gap di trasferimento (prima della terza GEM, dove è presente la più alta densità di carica) confronto tra 2 configurazioni con diverse gap di trasferimento: A (3/1/2/1 mm) e B (3/1/7/1 mm)

• Test al PSI su fascio pioni (con 10% p) 350 MeV/c, 300 MHz

• Integrate circa 5000 scariche su ogni detector (= 10 anni LHCb con 10-12 scariche/part. inc.) senza nessun problema


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Pro

bab

ilita

di sc

ari

ca

per

part

icella

in

cid

en

te1% inefficienza a causa

del tempo di ricarica

Prob. Scarica per particella <

10-12A B

C Le miscele B e C hanno un plateau di funzionamento

di 60 V

Inizio plateau efficienza in 25 ns

Probabilità di Scarica/ part. inc. > 10-12

Plateau di funzionamento


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Conclusioni GEM• Milestones 2002

– Realizzazione di un front-end stabile a bassa soglia

(<2 fC ) - probabile soluzione anche per le MWPC – Studio nuove miscele di gas (effic. in 25 ns e scarica) – Primo prototipo di una bi-camera 20x24 cm2 e test su

fascio (Oct/Nov 2002)

• Milestones 2003– Nuova bi-camera con ridotto X0 (“M1-light”)– Nuova elettronica di front-end con chip finale– Inizio produzione se progetto approvato da LHCb


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MWPC

Ferrara, LNF, Roma1


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Prototipo M3R3 filato a Fe in costruzione a LNF

su fascio inOttobre

Ferrara ha testato su fascio in Agosto un prototipo M5R2

Fe e LNF procedono con la costruzione e il test dei prototipi di camere per le diverse regioni (2002 – 2003)

I centri di produzione MWPC sono a Ferrara e LNF


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Saldatura dei fili

Tessitura(2 piani ~ 2h)

Incollaggio dei fili

Misura tensione

Assemblaggio e chiusura

Test

Prototipo Ferrara

Produzione pannelli(5000)

Resp: LNF

PrototipiLNF

Prototipi Roma 1

FEPNPI CERN

Resp: FE e LNF

Si procede ad esportare tools e procedure sviluppate nelle altre sedi interessate (sara` una delle principali attivita`del 2003)


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In preparazione le aree sperimentali per la produzione camere

Locale per la Camera Pulita di LNF

Le camere pulite di Fe e LNF operative per la primavera 2003


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Si stanno precisando le procedure di produzione assemblaggio e test e le relative attrezzature

24 h

1 h

2- 4 days

1 h

2-3 chambersper week

1

3

2

Production and quality controls procedures (at the company and at home)• production time plan. 5000 panels @ 2/h 70/week • optimization of no. of molds vs cost and production time:

Procedure di test camere (RM1)

Esempi:

Produzione di Pannelli (LNF) si stanno studiando :


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Prototype ½ support wall for M2 stationbuilt in Frascati

Cross-section

1 mm Al in M1

Il disegno del supporto e` pronto – in attesa delle decisioni su M1


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La schedula rivista secondo le date raccomandate dal TB(- Fine costruzione: Dicembre 2005 - Commissioning: Settembre 2006)

non presenta attualmente punti critici.

Progressi importanti secondo programma:Camere : costruzione e test di prototipi 0Elettronica : test di componenti e di sistema attrezzature e procedure per la produzione e i test

CONCLUSIONI (provvisorie) RIVELATORE MU

Problemi sul tappeto: Front-end CARIOCA (possibile ritardo) M1 “light” (decisione da prendere al piu` presto) Decisione camere M1 inner (GEM o WC asimm.) RPC vs. MWPC


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A seguito degli ultimi risultati e delle discussioni all’ interno del gruppo MU di LHCB :

Questa settimana (LHCb Week-Cambridge) il gruppo MU raccomanderà all’esperimento l’abbandono degli RPC e la loro sostituzione con MWPC. Non c’e` dubbio che la Collaborazione ratifichera`la scelta del gruppo Mu, maquesta scelta impone uno sforzo notevole in particolare da parte dell’INFN che ha le maggiori responsabilita` del MU per trovare una soluzione operativa soddisfacente.

RPC Fi , Roma2 (Vedi presentazione G. Passaleva)

Consensus emerged that the safest solution is to replace the(480) RPC chambers with MWPC. The decision is urgent in order not to waste time, manpower and money.


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E, a meno che non si decida di eliminare M1, sara` necessario anche un aumento della produzione in Russia PNPI

Scenario possibile: Centro di produzione a Firenze (240 camere). Vedi G.Passaleva. Centro di test cosmici a Roma 2 (riciclaggio stazione test RPC...) Restanti 240 camere:

Produzione a PNPI (l’operazione non e` a costo zero ) Eventualmente (piccolo) incremento di produzione al CERN (necessario un rapido agreement INFN/PNPI/CERN)

I tempi per allestire un nuovo centro efficiente sono lunghi sono necessarie decisioni rapide

Richiesta alla CSN1 una decisione entro 2002 2002: destinare il residuo dei finanziamenti “RPC” ad attrezzature necessarie (tessitrice, saldatrice, tavoli incollaggio, ecc.) 2003: completamento attrezzatura e preparazione prototipi

Attualmente non ci sembra facile trovare soluzioni che non prevedano la creazione di un nuovo centro di produzione

stima attuale costi scenario senza RPC Detectors M1 inner 30 M1 inner 30 MWPC 1350 MWPC 1350 RPC 260 MWPC (ex RPC) 850 MWPC : Tooling, MWPC : Tooling, assembly (Russia) 450 assembly (Russia) 450 TOT 2090 TOT 2680

FE-Electronics TOT 42614261

Service Systems

MPWC gas / HV 500 MWPC gas / HV 630 RPC gas / HV 460 Mech. Support 350 Mech. Support 350 TOT 1310 TOT 980

TOTAL 7661 (*) TOTAL 7921

Costo RPC MWPC = 260 kCHF (+ spese TOOLING / ASSEMBLING) (*) Nel MoU era 7450

CORE (kCHF)


49

Costo RPC MWPC = 260 kCHF + spese Tooling / Assembling

Queste spese dipendono dalla soluzione che si trova (Nuovo centro INFN e/o produzione a PNPI) :

CON RPC CON MWPC

TOTALE 7661 7921

Stato dei fondi core (kCHF) :

CERN 200 , Russia 560 , Brasile 1220 (?) , INFN 4850 + Contingenza (*) Tot = 6830 + Cont = 7830 ?

(*) L’INFN si era impegnato per 10 MCHF gia` suddivisi tra MU, RICH, TRIGGER, DAQ e CF + 1MCHF di contingenza con destinazione da decidere.

- Nuovo centro INFN : costo per attrezzature (non CORE) - Produzione a PNPI : richiesta di PNPI di un contributo per “Assembling” (eventuale risparmio IVA sul materiale camere)


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Richieste MOF e FONDI COMUNI

MOF A : 117.8 kCHF (~ 80 kE)

questa e` l’ultima cifra (senza “rebate”) di cui sono a conoscenza. Potrebbe cambiare di poco prima del RRB di Ottobre.

Abbiamo una nuova lista ridotta di nomi che contribuiscono alla formazione dei MOF (73 62). Trattero` al piu’ presto con A. Smith per applicarla il prima possibile.

MOF B : / Non chiediamo nulla. (Attualmente siamo fuori della giurisdizione dello scrutiny group)

COMMON-FUND : 500 kCHF (~340 kE)

L’INFN ha gia`pagato 660 kCHF su 2850.

Attualmente abbiamo flessibilita` sul pagamento dei CF (possono essere anticipati al 2002 o posticipati a convenienza dell’INFN)

Dall’anno prossimo ci serviranno articoli 2222

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