Russia and Dubna Member States CMS Collaboration

CMS Заседание Рабочей группы по направлению сотрудничества с ЦЕРН, 05 февраля 2014 11

Russia and Dubna Member States CMS Collaboration

Участие RDMS в модернизации эксперимента CMS

Заседание Рабочей группы по направлению сотрудничества с ЦЕРН, 5 февраля 2014

RDMS CMS Collaboration

Коллаборация CMS России и стран-участниц ОИЯИ

CMS Заседание Рабочей группы по направлению сотрудничества с ЦЕРН, 05 февраля 2014

• Введение: коллаборация RDMS CMS• состав• принципы• организация, CB, EC• вклад в создание установки• конференции RDMS• семинар RDMS «Физика на LHC»• материалы коллаборации RDMS

• Обязательства по модернизации CMS Фаза 1• Что уже выполняется по CMS Фазе 1• Ресурс требуемый по модернизации CMS 2014-15

• Фаза 1 – капстроительство• Фаза 1 в рамках обслуживания установки• Методические исследования для Фазы 2

• Выводы

• Введение: коллаборация RDMS CMS• состав• принципы• организация, CB, EC• вклад в создание установки• конференции RDMS• семинар RDMS «Физика на LHC»• материалы коллаборации RDMS

• Обязательства по модернизации CMS Фаза 1• Что уже выполняется по CMS Фазе 1• Ресурс требуемый по модернизации CMS 2014-15

• Фаза 1 – капстроительство• Фаза 1 в рамках обслуживания установки• Методические исследования для Фазы 2

• Выводы

2

Структура доклада


Введение:коллаборция RDMS CMS

3


RDMS Participation in CMS Project

Russia, JINR and JINR member-states participate in the CMS experiment as RDMS CMS Collaboration

In fact RDMS physicists have participated in CMS since 1992 even before formal decision were made and agreements were signed.

In RDMS there are about 300 scientists, many of them are in CMS from very beginning.

Since about 20 years RDMS participates in the CMS Detector Construction according to the RDMS Project

Russia, JINR and JINR member-states participate in the CMS experiment as RDMS CMS Collaboration

In fact RDMS physicists have participated in CMS since 1992 even before formal decision were made and agreements were signed.

In RDMS there are about 300 scientists, many of them are in CMS from very beginning.

Since about 20 years RDMS participates in the CMS Detector Construction according to the RDMS Project


RDMS Participation in CMS Project

RDMS CMS Project

CMS Document

96-85, 1995

RDMS CMS Project

CMS Document

96-85, 1995


In RDMS Collaboration are about 300 scientists

ArmeniaLPI

Russian Federation - 155

Dubna Member States - 87 JINR, Dubna - 68

CMS members:countries 8institutions 21scientists 308students 34Associated members:institutions 3

CMS members:countries 8institutions 21scientists 308students 34Associated members:institutions 3

Russia Russian Federation Institute for High Energy Physics, Protvino Institute for Theoretical and Experimental Physics, Moscow Institute for Nuclear Research, RAS, Moscow Moscow State University, Institute for Nuclear Physics,

Moscow Petersburg Nuclear Physics Institute, RAS, St.Petersburg P.N.Lebedev Physical Institute, Moscow

Associated members: High Temperature Technology Center of Research &

Development Institute of Power Engineering, Moscow Myasishchev Design Bureau, Zhukovsky Electron, National Research Institute, St. Petersburg

JINRJoint Institute for Nuclear Research, Dubna

Czech Republic Charles University, Prague Georgia High Energy Physics Institute, Tbilisi State

University, Tbilisi Institute of Physics, Academy of

Science ,Tbilisi

Ukraine Institute of Single Crystals of National

Academy of Science, Kharkov National Scientific Center, Kharkov Institute

of Physics and Technology, Kharkov Kharkov State University, Kharkov

Uzbekistan Institute for Nuclear Physics, UAS,

Tashkent

Dubna Member States Armenia Yerevan Physics Institute, Yerevan

Belarus Byelorussian State University, Minsk Research Institute for Nuclear Problems,

Minsk National Centre for Particle and High

Energy Physics, Minsk Research Institute for Applied Physical

Problems, Minsk

Bulgaria Institute for Nuclear Research and Nuclear

Energy, BAS, Sofia University of Sofia, Sofia

Ukraine10

Bulgaria21

Belarus22

Uzbekistan11

Czech7

59PNPI

36MSU27

ITEP19

INR19

IHEP45

JINR68

Georgia11


Principles and Strategy of RDMS CMSMain principles: participation of Institutions in the CMS experiment as independent scientific groups and;unification of technical and financial contributions and obligations of different Institutions as the joint Collaboration deliverables to experiment.

Main aims of the Collaboration strategy: unification of the efforts of many groups from different institutions and countries; concentration of efforts at several well defined CMS sub-systems (for example Endcap) and broad involvement of Industry of participating States

Concerning to such participation the three-parties Agreements between Member State, JINR and CERN are very important.

Main principles: participation of Institutions in the CMS experiment as independent scientific groups and;unification of technical and financial contributions and obligations of different Institutions as the joint Collaboration deliverables to experiment.

Main aims of the Collaboration strategy: unification of the efforts of many groups from different institutions and countries; concentration of efforts at several well defined CMS sub-systems (for example Endcap) and broad involvement of Industry of participating States

Concerning to such participation the three-parties Agreements between Member State, JINR and CERN are very important.


RDMS in the CMS Construction (MoU)RDMS bears

Full ResponsibilityRDMS

Participates

ME1/1

HE

ES

ME

EE

FS

HF


RDMS Funding Agencies

Up to now there are two Funding Agencies for the RDMS CMS for the construction and M&O expenditures:

•RDMS-Russia - Ministry of Science of Russian Federation

• for Russian Institutes and JINR

•RDMS-DMS - JINR, Dubna • for JINR and JINR Member States

Up to now there are two Funding Agencies for the RDMS CMS for the construction and M&O expenditures:

•RDMS-Russia - Ministry of Science of Russian Federation

• for Russian Institutes and JINR

•RDMS-DMS - JINR, Dubna • for JINR and JINR Member States


Total RDMS Contribution for Construction of the CMS Detector, according to the MoUs and CERN-RF Protocol

RDMS Contribution to CMS

MoU RDMS RF: 12,047 kCHF

MoU RDMS DMS: 6,794.6 kCHF

Cost-to-Completion: 2,211.5 kCHF

In-kind 1,500 crystals 1,657 kCHF

RDMS Grant Total 22,710.1 kCHF

MoU RDMS RF: 12,047 kCHF

MoU RDMS DMS: 6,794.6 kCHF

Cost-to-Completion: 2,211.5 kCHF

In-kind 1,500 crystals 1,657 kCHF

RDMS Grant Total 22,710.1 kCHF

All RDMS obligations in the construction of the CMS were fulfilled

All RDMS obligations in the construction of the CMS were fulfilled


Joint RDMS Seminar “Physics at LHC”

• Joint Seminar is chaired by Prof. Golutvin• Regular Seminar is organised by RDMS Collaboration

– devoted to modern problems of particle physics and cosmology

– emphasis on physics research at LHC, in particular at CMS, and lectures for students and young physicists

• The seminar is distributed over the main regions:– auditoriums in Moscow, Dubna, Gatchina, Protvino, CERN,

and many Universities • Barnaul, Dubna, Moscow, Novosibirsk, Tomsk, Yaroslavl, Minsk,

Kiev, Kharkov etc. – are linked with two ways high quality (TV-like) interactive

connections• Provides effect of live-presents and participation in discussion

– Web broadcast for other participants is also assumed• Volumes 1, 2 and 3 are published• http://rdms.jinr.ru

• Joint Seminar is chaired by Prof. Golutvin• Regular Seminar is organised by RDMS Collaboration

– devoted to modern problems of particle physics and cosmology

– emphasis on physics research at LHC, in particular at CMS, and lectures for students and young physicists

• The seminar is distributed over the main regions:– auditoriums in Moscow, Dubna, Gatchina, Protvino, CERN,

and many Universities • Barnaul, Dubna, Moscow, Novosibirsk, Tomsk, Yaroslavl, Minsk,

Kiev, Kharkov etc. – are linked with two ways high quality (TV-like) interactive

connections• Provides effect of live-presents and participation in discussion

– Web broadcast for other participants is also assumed• Volumes 1, 2 and 3 are published• http://rdms.jinr.ru


Annual RDMS CMS Conference 201417-th Annual RDMS CMS Conference,

Dubna, Russia, 7-8 August 2014

JINR hosts the Conference dedicated to 20 years of RDMS.

Jubilee session on 80 years of Prof. I.Golutvin is foreseen.

Registration: http://cms-dubna2014.jinr.ru

CERN, Geneva, Swiss, I-IV 1995-1999ITEP, Moscow, Russia, V 2000MSU, Moscow, Russia, VI 2001Protvino, Russia, VII 2002Dubna, Russia, VIII 2003Minsk, Belarus, IX 2004Gatchina, Russia, X 2005Varna, Bulgaria, XI 2006Minsk, Belarus, XII 2008Dubna, Russia, XIII 2009Varna, Bulgaria, XIV 2010Alushta, Ukraine, XV 2011Erevan, Armenia, XVI 2013

17-th Annual RDMS CMS Conference, Dubna, Russia, 7-8 August 2014

JINR hosts the Conference dedicated to 20 years of RDMS.

Jubilee session on 80 years of Prof. I.Golutvin is foreseen.

Registration: http://cms-dubna2014.jinr.ru

CERN, Geneva, Swiss, I-IV 1995-1999ITEP, Moscow, Russia, V 2000MSU, Moscow, Russia, VI 2001Protvino, Russia, VII 2002Dubna, Russia, VIII 2003Minsk, Belarus, IX 2004Gatchina, Russia, X 2005Varna, Bulgaria, XI 2006Minsk, Belarus, XII 2008Dubna, Russia, XIII 2009Varna, Bulgaria, XIV 2010Alushta, Ukraine, XV 2011Erevan, Armenia, XVI 2013


RDMS Basic Documents• CMS Technical Proposal, CERN/LHCC 94-38, 15 December 1994

• RDMS CMS Project, CMS Document 96-85, December 1995

• MoU on CMS Detector Construction, CMS Document 1998-053, 29 April 1998

• Signed by JINR Director - for JINR and JINR member-states DMS• Signed by Minister of Science of RF - for JINR and Russian Institutes

•Ответственность и обязательства Минобрнауки РФ по участию Российских институтов в создании установки CMS

• Construction MoU was extended for CMS Upgrade. Dedicated Addenda have been elaborated at the October 2012 RRB

•Ответственность и обязательства Минобрнауки РФ по участию Российских институтов в модернизации установки CMS

• MoU for Maintenance and Operation of CMS, CERN RRB-2002-033, 24 May 2002

•Ответственность и обязательства Минобрнауки РФ по участию Российских институтов в обслуживании установки CMS

• CMS Technical Proposal, CERN/LHCC 94-38, 15 December 1994

• RDMS CMS Project, CMS Document 96-85, December 1995

• MoU on CMS Detector Construction, CMS Document 1998-053, 29 April 1998

• Signed by JINR Director - for JINR and JINR member-states DMS• Signed by Minister of Science of RF - for JINR and Russian Institutes

•Ответственность и обязательства Минобрнауки РФ по участию Российских институтов в создании установки CMS

• Construction MoU was extended for CMS Upgrade. Dedicated Addenda have been elaborated at the October 2012 RRB

•Ответственность и обязательства Минобрнауки РФ по участию Российских институтов в модернизации установки CMS

• MoU for Maintenance and Operation of CMS, CERN RRB-2002-033, 24 May 2002

•Ответственность и обязательства Минобрнауки РФ по участию Российских институтов в обслуживании установки CMS


Обязательства RDMS CMS

по модернизации CMS Фаза 1

14


CMS Upgrade program


Agreement on RDMS Responsibilities


Agreement on RDMS Responsibilities


Sharing of Upgrade Phase I Costs - RDMS

Funding Agency HCA

L

Muo

n CS

C

Muo

n RP

C

Trig

ger

Tota

l exp

ecte

d (p

roje

cts)

Com

mon

Fun

d (C

F)

Com

mon

Fun

d Pa

id

Tota

l ple

dged

con

trib

ution

(inc

l. CF

)

RDMS - DMS 468 000 500 000 30 998 000 97 511 60 1 095 511RDMS - Russia 834 000 690 000 312 1 836 000 283 246 283.2 2 119 246CMS Total contributions 8 045 000 6 844 000 3 905 000 7 811 500 58 527 653 6 445 000 64 873 447


RDMS in Muon upgrade

• ME4/2 upgrade (600 kCHF)– Assembling and testing 76 ME1/2 CSCs, design and construction of the 2500-channel

HV system• Contribution: RDMS RF = 600 kCHF• PNPI

• ME1/1 upgrade (590 kCHF)– Manufacturing of the new LV interface board LVDBs and cooling system, refurbishing

ME1/1 CSCs with new electronics and integration• Contribution: RDMS DMS = 500 kCHF RDMS RF = 90 kCHF• JINR, Minsk

• L1 Muon trigger upgrade (312 kCHF) – Design and production of TF for L1 Overlap Muon Trigger

• Contribution: RDMS RF = 312 kCHF • PNPI

• ME4/2 upgrade (600 kCHF)– Assembling and testing 76 ME1/2 CSCs, design and construction of the 2500-channel

HV system• Contribution: RDMS RF = 600 kCHF• PNPI

• ME1/1 upgrade (590 kCHF)– Manufacturing of the new LV interface board LVDBs and cooling system, refurbishing

ME1/1 CSCs with new electronics and integration• Contribution: RDMS DMS = 500 kCHF RDMS RF = 90 kCHF• JINR, Minsk

• L1 Muon trigger upgrade (312 kCHF) – Design and production of TF for L1 Overlap Muon Trigger

• Contribution: RDMS RF = 312 kCHF • PNPI


RDMS in HCAL upgrade (HCAL TDR)

• Fabrication of the Readout Modules to house the SiPMs and electronics• Contribution: RDMS DMS 173 kCHF

• Responsibilities for developing of “stand” for performing of QC and long term stability tests of new ~ 200 front-end modules– The fabrication of burn-in Readout Boxes for the validation of the SiPM RMs before

final installation - in 2014-16 • Contribution: RDMS DMS 120 kCHF

• Purchase of portion of the production SiPM devices• Contribution: RDMS RF 517 kCHF

• Purchase of μTCA crates, DC-DC μTCA power modules, and μTCA controllers, necessary to upgrade BEE subsystem– Starting from 2013

• Contribution: RDMS DMS 75 kCHF RDMS RF 117 kCHF• Responsibilities for dismounting of old front-end and back-end electronics

and installation of a new one at HE– During technical stops and long planned stop (LS2) of LHC in 2017-19

• Contribution: RDMS DMS 100 kCHF RDMS RF 200 kCHF

• Fabrication of the Readout Modules to house the SiPMs and electronics• Contribution: RDMS DMS 173 kCHF

• Responsibilities for developing of “stand” for performing of QC and long term stability tests of new ~ 200 front-end modules– The fabrication of burn-in Readout Boxes for the validation of the SiPM RMs before

final installation - in 2014-16 • Contribution: RDMS DMS 120 kCHF

• Purchase of portion of the production SiPM devices• Contribution: RDMS RF 517 kCHF

• Purchase of μTCA crates, DC-DC μTCA power modules, and μTCA controllers, necessary to upgrade BEE subsystem– Starting from 2013

• Contribution: RDMS DMS 75 kCHF RDMS RF 117 kCHF• Responsibilities for dismounting of old front-end and back-end electronics

and installation of a new one at HE– During technical stops and long planned stop (LS2) of LHC in 2017-19

• Contribution: RDMS DMS 100 kCHF RDMS RF 200 kCHF


Что уже выполняется по

CMS Фазе 1

21


РФ Финансирование 2: Фаза 1Государственный контракт № 11.519.11.6027 от 12 марта 2012 г.

«Модернизация калориметров и мюонной системы детектора CMS для работы в условиях повышеннойэнергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера с участием зарубежных

научно-исследовательских организаций стран-участниц проектов ЦЕРН»Заказчик – Министерство образования и науки Российской ФедерацииИсполнитель – Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наукСрок выполнения работы: 12 марта 2012 г. – 19 июня 2013 г.

Государственный контракт № 11.519.11.6027 от 12 марта 2012 г.«Модернизация калориметров и мюонной системы детектора CMS для работы в условиях повышенной

энергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера с участием зарубежныхнаучно-исследовательских организаций стран-участниц проектов ЦЕРН»

Заказчик – Министерство образования и науки Российской ФедерацииИсполнитель – Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наукСрок выполнения работы: 12 марта 2012 г. – 19 июня 2013 г.

№№п/п

Тема исследования Организация

Объем финансирования

в 2012-2013 гг.тыс. руб.

1. Модернизация адронного калориметра детектора CMS для работы в условиях повышенной энергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера в ЦЕРН»«Разработка и поставка детекторов на основе гейгеровских фтодиодов (SiPM), предназначенных для модернизации адронного калориметра CMS в ЦЕРН»

ИЯИ РАНРОО СО ТОПЭК(соисполнитель ИЯИ

РАН)

4800,02700,0

2. Модернизация передней мюонной станции МЕ1/1 детектора CMS для работы в условиях повышенной энергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера в ЦЕРН»

ОИЯИ 2700,0

3. Модернизация мюонной системы детектора CMS для работы в условиях повышенной энергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера в ЦЕРН»

ПИЯФ 9000,0

4. Модернизация электромагнитного калориметра детектора CMS для работы в условиях повышенной энергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера в ЦЕРН»

ИФВЭ 1200,0

5. Модернизация подсистем детектора CMS для работы в условиях повышенной энергии и интенсивности пучков Большого адронного коллайдера в ЦЕРН»

НИИЯФ МГУ 600,0

Итого: 21000,0

130 kCHF

90 kCHF

600 kCHF

Вклад РФ


Адронная калориметрия: Фаза 1

29 November 2013

• ИЯИ: • группа внесла решающий вклад в разработку новых радиационно-стойких

кремниевых фото-умножителей (SiPM) для модернизации адронного калориметра CMS CMS HCAL).

• Изготовлено 100 предсерийных линеек SiPM. • Ожидаемый вклад РФ – 130 kCHF

• ОИЯИ: • начаты закупки комплекса новейшей системы микро-ТСА крейтов. • Ожидаемый вклад ОИЯИ – 75 kCHF

• ИЯИ: • группа внесла решающий вклад в разработку новых радиационно-стойких

кремниевых фото-умножителей (SiPM) для модернизации адронного калориметра CMS CMS HCAL).

• Изготовлено 100 предсерийных линеек SiPM. • Ожидаемый вклад РФ – 130 kCHF

• ОИЯИ: • начаты закупки комплекса новейшей системы микро-ТСА крейтов. • Ожидаемый вклад ОИЯИ – 75 kCHF

Кремниевая пластина с SiPM для CMS HCAL.

8-канальная линейка SiPM

Линейки SiPM в составе модуля адронного калориметра CMS


Мюонная система МЕ4/2: Фаза 1

• ПИЯФ: • изготовлены 72 мюонные камеры и высоковольтная система, • смонтирована мюонная станция МЕ4/2+, ведется монтаж МЕ4/2-. • Ожидаемый вклад РФ – 600 kCHF

• ПИЯФ: • изготовлены 72 мюонные камеры и высоковольтная система, • смонтирована мюонная станция МЕ4/2+, ведется монтаж МЕ4/2-. • Ожидаемый вклад РФ – 600 kCHF

ME4/22, 1 октября 2013

Фабрика мюонных камер в ЦЕРН

Специалисты ПИЯФ возглавили работу на всех участках производства камер

ПИЯФ в ЦЕРН создана “фабрика“ по производству мюонных камер и изготовлены 72 камеры для станций ME4/2- и ME4/2+. ПИЯФ изготовлена 2000-канальная высоковольтная система. ПИЯФ принимает участие в монтаже, запуске и обслуживании мюонной системы.


Мюонная система МЕ1/1: Фаза 1

• ОИЯИ: • изготовлена и заменена электроника на 72 камерах станций МЕ1/1, • смонтирована мюонная станция МЕ1/1+, ведется монтаж МЕ1/1-. • Ожидаемый вклад: РФ – 90 kCHF и ОИЯИ – 500 kCHF

• ОИЯИ: • изготовлена и заменена электроника на 72 камерах станций МЕ1/1, • смонтирована мюонная станция МЕ1/1+, ведется монтаж МЕ1/1-. • Ожидаемый вклад: РФ – 90 kCHF и ОИЯИ – 500 kCHF

ME1/1, 29 ноября 2013

ОИЯИ в ЦЕРН создан “участок“ в SX5 по перемонтажу электроники станций. Изготовлена низковольтная система. ОИЯИ принимает участие в монтаже, запуске и обслуживании станций.


Ресурс требуемый по модернизации CMS

2014-15

26


CMS: Запрос средств на 2014-15 Зона отвеств. Стоимость Профиль по годам

Наименование детектора и подсистем институтов (млн.руб.) 2014 2015 Итого Модернизация Фаза 1ТриггерМодернизация мюонного триггера первого уровня

ПИЯФ 36 14 16 30

Адронные калориметры

Разработка и изготовление кремниевых фотоумножителей для адронного калориметра HCAL

ИЯИ 30 5 12 17

ИЯИ 12 1 1 2

ОИЯИ 4 1 1

Модернизация системы считывания калориметра

HCAL на основе нового стандарта microTCA

ИФВЭ 4 2 2

Модернизация Фаза 1 в рамках обслуживания установкиТорцевая мюонная системаМонтаж, запуск в эксплуатацию и сопровождение мюонных катодных стриповых камер МЕ4/2

ПИЯФ 15 4 2 6

Запуск в эксплуатацию и сопровождение мюонных станций МЕ1/1

ОИЯИ 5 1 1

Передние калориметры

Участие в установке и тестирование новых блоков считывающей электроники HF

ФИАН (РАН) 3 2 1 3

Калибровка HF после замены фотодетекторов ИТЭФ 2 1 1 2

Модернизация системы медленного контроля

электронных узлов адронного калориметра HCAL

и его субдетекторов на новый стандарт microTCA

МГУ 20 2 6 8

Модернизация радиационного монитора HF RADMON

МГУ 3 1 0,5 1,5

ИТЭФ 2 2 2

МГУ 7 1 1 2ИТЭФ 3 0,5 0,5 1ИФВЭ 2 1 1 2

ФИАН (РАН) 4 1 1 2

ИТЭФ 12 1,8 4 5,8ИЯИ 2 0,5 0,5 1

МГУ 3 1 2 3ОИЯИ 6 4 4

ИТЭФ 2 0,5 0,5 1

ОИЯИ 2 0,5 0,5 1

Разработка и совершенствование программ моделирования и реконструкции физических объектов

Развитие и расширение удаленных центров мониторинга и анализа данных. Разработка и обслуживание программного обеспечения системы автоматизированного мониторирования детекторов

Модернизация мониторной системы калориметра

HCAL и CASTOR

Участие в тестировании, сертификации и установка модулей передней электроники с кремниевыми фотоумножителями в HCAL

Протонный спектрометр высокого разрешения

FSC и PPS

Методические исследования для Фазы 2

Исследование стриповых сцинтилляторов с параллельным оптическим считыванием для

торцевого адронного калориметра НЕ, разработка

технического проекта

ОИЯИ 3 1 1 2

Адронные калориметры

Разработка и изготовление кремниевых фотоумножителей для адронного калориметра HCAL

ИЯИ 15 1,5 3,5 5

Разработка, исследование и изготовление прототипов HCAL основе камер микромегас

ИФВЭ 37,2 1,5 1,5

Электро-магнитные калориметрыРазработка и исследование новых радиационно-

стойких кристаллов и альвеольных структур для

ЕCAL

ИЯИ 8 0,5 0,5 1

Разработка и исследование новых технологий для

торцевого электромагнитного калориметра

ЕCAL

ИФВЭ 60 4,5 6 10,5

Разработка системы распределения высоковольтного питания камер GEM

ПИЯФ 8 1 2 3

Радиационные поля и защитыРасчёты радиационных полей и остаточной радиоактивности элементов детектора CMS для номинальной светимости

ИФВЭ 14 1 4 5

Физическое проектирование радиационной защиты CMS и интерфейса между ускорителем и экспериментом

ИФВЭ 6 2 1 3

Расчётное сопровождение проекта комбинированного переднего калориметра и условий работы малоугловых детекторов в

прямолинейном промежутке SS5

ИФВЭ 7 1,5 2 3,5

Разработка и совершенствование программ моделирования и реконструкции

ФИАН (РАН) 8 2 4 6

ВСЕГО 362,2 54,8 84 138,82014 2015



2014-15

Фаза 1

28


ПИЯФ: мюонный триггер: Фаза 1

ПИЯФ должен разработать и создать

Мюонный триггер первого уровня для области перекрытия центральной и торцевой мюонных систем

(совместно с группами США, Польши и Китая),

Вклад ПИЯФ в CMS Cost-Matrix по оборудованию - 312 kCHF.

В разработке будут использованы самые современные достижения электроники


Год Челгод

Ценамлн.р.

Наименование работ

2014 ~4 14 Производство прототипов поисковиков треков (MTF7)

Создание тестовых станций в ПИЯФ

Закупка оборудования для создания триггерной инфраструктуры в CERN

Приобретение лицензий. Создание микропрограммного и программного обеспечения для прототипов MTF7, испытания на тестовом стенде.

2015 ~4 16 Производство серийных поисковиков треков (MTF7)

Создание и отладка микропрограммного и программного обеспечения для серийных MTF7, пучковые испытания в CERN

2016 -2019

~8 6 Доводка микропрограммного и программного обеспечения до получения проектной эффективности триггера

ПИЯФ: Мюонный триггер: Фаза 1

312 kCHF

Вклад РФ


Кремниевая пластина с SiPM для CMS HCAL.

8-канальная линейка SiPM

Линейки SiPM в составе модуля адронного калориметра CMS

В 2014-2018 гг. группа ИЯИ РАН и ИФВЭ планирует участвовать в следующих работах по модернизации адронного калориметра CMS (Фаза-1):

-ИЯИ: разработка и изготовление SiPM для адронного калориметра CMS. Запрос на 2014-2015 гг. (2014-2019 гг.) – 17 млн. руб. (30 млн. руб.);

-участие в тестировании, сертификации и установка модулей передней электроники с SiPM в CMS HCAL.- ИЯИ: Запрос на 2014-2015 гг. (2014-2015 гг.) – 2 млн. руб. (12 млн. руб.)

-ОИЯИ: Запрос на 2014-2015 гг. (2014-2015 гг.) – 1 млн. руб. (4 млн. руб.)

-Модернизация системы считывания калориметра HCAL на основе нового стандарта microTCA - ИФВЭ: Будут закуплены корзины нового стандарта microTCA – 2 млн. руб. (4 млн. руб.)

Данные работы согласованы и одобрены коллаборацией CMS.

387 kCHF

Вклад РФ

Участие в модернизации Адронного Калориметра

117 kCHF



2014-15Фаза 1

в рамках обслуживания установки

32


Годмлн.р.

Наименование работ

2014 4ПИЯФ

Завершение тестирования и монтажа катодных стриповых камер МЕ4/2

Завершение изготовления, тестирования и монтажа системы высоковольтного питания камер МЕ4/2

2015 2ПИЯФ

Запуск в эксплуатацию и сопровождение катодных стриповых камер МЕ4/2 и системы высоковольтного питания камер МЕ4/2

2016 -2019

9ПИЯФ

Сопровождение катодных стриповых камер МЕ4/2 и системы высоковольтного питания камер МЕ4/2

2014-20152014-2015

1ОИЯИ

1ОИЯИ

Запуск в эксплуатацию и сопровождение катодных стриповых камер МЕ1/1Запуск в эксплуатацию и сопровождение катодных стриповых камер МЕ1/1

Upgrade мюонной системы CMSработы 2014-2019 гг.


ИТЭФ: В 2014 году после замены ФЭУ в HF планируется провести Калибровку всех каналов с помощью источников Со-60.Методика определения Калибровочных коэффициентов была разработана и применена сотрудниками ИТЭФ

Модернизация переднего калориметра HFФИАН: В 2014-2015 гг планируется принять участие в установке и тестировании новых блоков считывающей электроники адронного передних калориметров (forward HF).

В ФИАНе есть сотрудники, имеющие нужную ую квалификацию и в течение 2013 года уже принимавшие участие в данном виде работ


CMS TDR for the phase 1 upgrade of the HCALCMS TDR for the phase 1 upgrade of the HCAL

Задачи по разработке системы медленного контроля для крейтов mTCA: (проект поддержан менеджментом CMS):

● Создание на основе технологии mTCA тестового электронного стенда, предназначенного для экспертной оценки и тестирования в работающем режиме новых электронных узлов установки CMS.● Разработка программного обеспечения связи модулей mTCA c пакетом WinCC/OA , принятом как стандарт для систем медленного контроля БАК на экспериментальном тест-стенде.● Разработка программного обеспечения системы медленного контроля, позволяющей обеспечить стабильную работу и контроль критических состояний новых электронных узлов.

Работы ведутся совместно с DESY CMS группой.

Ориентировочные затраты: 2014г. – 2 млн.руб.; 2015г. – 6 млн.руб.,

Задачи по разработке системы медленного контроля для крейтов mTCA: (проект поддержан менеджментом CMS):

● Создание на основе технологии mTCA тестового электронного стенда, предназначенного для экспертной оценки и тестирования в работающем режиме новых электронных узлов установки CMS.● Разработка программного обеспечения связи модулей mTCA c пакетом WinCC/OA , принятом как стандарт для систем медленного контроля БАК на экспериментальном тест-стенде.● Разработка программного обеспечения системы медленного контроля, позволяющей обеспечить стабильную работу и контроль критических состояний новых электронных узлов.

Работы ведутся совместно с DESY CMS группой.

Ориентировочные затраты: 2014г. – 2 млн.руб.; 2015г. – 6 млн.руб.,

Перевод VME в mTCA

Предполагаемыйперевод

Система медленного контроля крейтов mTCA


Задачи: ● непрерывное измерение потоков нейтронов с целью контроля радиационной деградации активных элементов калориметров установки CMS; ● контроль эффективности радиационной защиты;● дополнительный контроль светимости и пучковых условий

Модернизация в 2014-15 гг. (проект поддержан менеджментом CMS): ● Замена электроники управления и регистрации для работы в условиях максимальной светимости ● Перекалибровка нейтронных мониторов на базе нейтронной лаборатории ЦЕРН ● Проект BRIL: включение системы в кластер систем контроля светимости и состояния пучка на установке CMS. Разработка и внедрение необходимого программного обеспечения и модернизация архитектуры системы

Ориентировочные затраты: 2014 г. — 1,0 млн.руб,, 2015 г. — 0,5 млн.руб.

Отклики нейтронных мониторов системы HF RADMON во время

загрузок LHC

Измерение зависимости потоков нейтронов от светимости на

установке CMS.

Нейтронные мониторы системы HF RADMON, установленные внутри защиты переднего калориметра

Система мониторинга радиационных условий HF RADMON


Задачи: ● мониторинг и систематическая коррекция энергетической шкалы и азимутальной асимметрии калориметров установки CMS на основании данных лазерных и светодиодных подсистем и калибровка калориметров установки на основании физических данных. ● разработка пакета процедур для мониторинга работы калориметра в удаленных операционных цетрах

3-х ступенчатая калибровочная процедура

Модернизация в 2014-15 гг. (проект поддержан менеджментом CMS): ● Адаптация существующей процедуры калибровки к новым условиям работы ускорителя ● Разработка дополнительных пакетов программ мониторинга работы адронного калориметра Ориентировочные затраты: 2014 г. — 1,0 млн.руб,, 2015 г. — 1,0 млн.руб.

Коррекция отклика с помощью светодиодов и

лазера

Азимутальная симметрия отклика ячеек калориметра

Коррекция абсолютной энергетической шкалы

Изолированныезаряженные частицы

Распад Z->ee

Калибровка и мониторинг адронного калориметра


Совместно с МГУ и ОИЯИ ИТЭФ участвует в разработке и обслуживании программного обеспечения автоматизированного мониторирования работы HCAL. Эта система используется для контроля работы заменяемого оборудования

Программное обеспечение мониторирования HCAL


Модернизация в 2014-15 гг. (проект поддержан менеджментом CMS):

● Разработка и экспертное сопровождение системы медленного контролястендового образца форвард - калориметра CASTOR для калибровкидетектора космическими мюонами. ● Разработка и модернизация программного обеспечения системымедленного контроля основного работающего детектора в процессеподготовки ко второму этапу работы БАК . ● Тестирование, запуск и экспертное сопровождение системы медленногоконтроля на втором этапе работы БАК в условиях высокой светимости. ● Разработка новых процедур калибровки калориметра мюонным гало и фотодиодной системой.

Передний черенковский кварц-вольфрамовый калориметр CASTOR(Centauro And STrange Object Research) успешно работает вобщих сеансах сбора данных CMS с момента установки в июне2009 года.Система медленного контроля калориметра CASTOR представляетсобой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий работуфизической установки и постоянные мониторинг и контроль заее текущими параметрами.

Передний калориметр CASTOR


Генератор оптических импульсов посылает калибровочные импульсы на калориметр CASTOR по 8 оптическим кабелям

В 2014 году планируется создать еще один подобный генератор для тестового стенда

Мониторирование стабильности сигналов с разных каналов во времени

Модернизация мониторной системы калориметра CASTOR


Для изучения дифракционных процессов в CMS планируется установить спектрометры высокого разрешения, регистрирующие протоны, рассеянные под малыми углами

Протонный спектрометр высокого разрешения

ИТЭФ участвует в разработке аппаратуры для регистрации сигналов трековых детекторов для этих спектрометров

ИФВЭ участвует в разработке аппаратуры для спектрометров FSC и PPS


Возможности: ● интерактивный доступ к информационной сети эксперимента CMS (CMS private network); ● оперативная связь с центральным диспетчерским пунктом CMS Centre Meyrin, с техническим персоналом в ЦЕРН, с другими научными центрами-участниками эксперимента ↔ посредством EVO/VYDEO/SKYPEЗадачи: ● мониторинг работы экспериментальной аппаратуры, статуса данных измерений и системы распределенных вычислений для их обработки и анализa; ● координация работы разных экспериментальных групп CMS.

Модернизация в 2014-15 гг. (проект поддержан менеджментом CMS): ● Увеличение количества операционных постов с целью обеспечения одновременных дежурств различного типа(DCS, DQM, Jet/Met, Computing, etc). ● Замена рабочих станций операционных постов для работы в много-мониторном режиме (8 мониторов) с цельюотображени расширенного набора контроллируемых параметров. ● Увеличение компьютерных ресурусов для разработки и тестирования программного обеспечения. ● Установка комплекта специализированного видео- и аудио-конференционногооборудования для обеспечения многоточечной связи с возможностью компактной FullHD визуализации технических графических материалов.

Центры мониторинга и анализа данных ROC

конференционная комната МГУ

операционная комната ROC ОИЯИ операционная комната ROC МГУ


МГУ и ИТЭФ участвует в совершенствовании программ реконструкции адронных струй.

На основе анализа характеристик треков заряженных адронов внутри струй осуществляется разделение струй,

образованных кварками и глюонами.На рисунках показан пример такого разделения

для струй, образованных в событиях с Z бозоном, распавшимся на два мюона.

ОИЯИ участвует в совершенствовании программ реконструкции ди-мюонов

ФИАН участвует в разработке и программ моделирования и реконструкции для HL LHC

Совершенствование программ для реконструкции физических объектов



2014-15Методические исследования для

Фазы 2

44


Existing tiles granulation New fingers granulation option

Tile # 26

Tile # 25

Tile # 27

Tile # 28

Tile # 29

4 fingers

8 fingers

8 fingers

8 fingers

Стриповая («пальчиковая») концепция сцинтилляторов.

Главная проблема долгосрочной работы адронного калориметра (НЕ) недостаточная радиационная стойкость сцинтилляторов.

Стриповая («пальчиковая») структура элементов сцинтилляторов позволяет решить задачу работы адронного калориметра при высокой светимости относительно дешевым способом.


Проведенные исследования показывают, что радиационная стойкость сцинтилляторов является сложной функцией дозы и скорости набора дозы излучения. Прямые измерения этих явлений невозможны, так как потребовалось бы очень много времени. Целью нашей программы исследования радиационной стойкости сцинтилляторов является экстраполяция результатов наших измерений на реальные условия работы CMS в период 2012-2030 гг. В ОИЯИ и странах-участницах ОИЯИ имеется несколько установок, которые мы используем для исследования радиационной стойкости сцинтилляторов различного типа:• импульсный ядерный реактор ИБР-2 (ОИЯИ);•источник нейтронов и гамма-квантов IREN (Intense REsonance Neutron source, ОИЯИ);• электронный линейный ускоритель на 10 МэВ Национального научного центра Харьковского физико-технического института НАН Украины.• электронный линейный ускоритель на 4 МэВ Национально-учебного центра физики частиц и высоких энергий (Минск, Беларусь). Предстоит ответить на три вопроса:•Какова радиационная стойкость стрипов («пальчиков») до светимости 2500-3000 fb-1 (выживаемость до конца LHC)•Какова радиационная стойкость существующих сцинтилляционных ячеек при 700 fb-1 (выживаемость до LS3)•Каковы радиационные повреждения используемого сейчас сцинтиллятора и шифтеров (SCSN81/Y11) при 30 fb-1.


Параметры SiPM, разработанных для Фазы 1 модернизации CMS HCAL, продемонстрировали принципиальную возможность создания фотоприёмников, способных работать в очень жёстких полях адронов (до 1014-1015 нейтронов/см2). Такие фотоприёмники необходимы практически для всех типов сцинтилляционных вариантов электромагнитного и адронного калориметров CMS. Группа ИЯИ РАН накопила огромный опыт по разработке радиационно-стойких фотоприёмников, а также создала прецизионные стенды для исследования их характеристик. Учитывая это, коллаборация CMS поддержала работы по разработке сверхрадиационно-стойких твёрдотельных и вакуумных фотоприёмников для Фазы 2 модернизации детектора CMS.

Стабильность отклика SiPM при облучении нейтронами

Спектральные характеристики SiPM

Стенд для исследования SiPM, созданный сотрудниками ИЯИ РАН

В 2014-2018 гг. группа ИЯИ РАН планирует участвовать в следующих работах по модернизации детектора CMS (Фаза-2):-разработка и изготовление сверхррадиационно-стойких фотоприёмников;-изучение поведения параметров фотоприёмников в сверхжёстких полях адронов и гамма-квантов;-изучение изменения параметров фотоприёмников при их охлажденииДанные работы согласованы и одобрены коллаборацией CMS.

Участие ИЯИ РАН в модернизации детектора CMS (Фаза 2)


IHEP in HCAL Calorimetry Upgrade

HCAL Upgrade Table 2014-2015 (Мруб) 2014 2015Разработка, исследование и изготовление 0 1,5прототипов HCAL на основе камер Микромегас Будет разработана технология изготовления активных элементов клориметров

на основе камер Микромегас. Изготовлены и испытаны первые образцыМодернизация системы считывания калориметра 0 2HCAL на основе нового стандарта microTCA Будут закуплены корзины нового стандарта microTCA Протонный спектрометр высокого разрешения FSC и PPS 1,0 1,0

Будут созданы прототипы детектора FSC и проведены их исследования: - изготовлены рабочие элементы из искусственного сапфира - создан стенд для их калибровки и проверки - произведена замена сцинтиллятора счетчиков на более радиационно-стойкий

материал - выбран фотоприемник

HCAL Upgrade Table 2014-2015 (Мруб) 2014 2015Разработка, исследование и изготовление 0 1,5прототипов HCAL на основе камер Микромегас Будет разработана технология изготовления активных элементов клориметров

на основе камер Микромегас. Изготовлены и испытаны первые образцыМодернизация системы считывания калориметра 0 2HCAL на основе нового стандарта microTCA Будут закуплены корзины нового стандарта microTCA Протонный спектрометр высокого разрешения FSC и PPS 1,0 1,0

Будут созданы прототипы детектора FSC и проведены их исследования: - изготовлены рабочие элементы из искусственного сапфира - создан стенд для их калибровки и проверки - произведена замена сцинтиллятора счетчиков на более радиационно-стойкий

материал - выбран фотоприемник


IHEP in ECAL Calorimetry Upgrade

ECAL Upgrade Table 2014-2015 (Мруб) 2014 2015 Разработка и исследование новых технологий для 4,5 6,0 торцевого электромагнитного калориметра ЕCAL: Будет создана зона облучения образцов в смешанном поле вторичных частиц У-70: - создана транспортная система доставки образцов в зону облучения в процессе работы У-70; - создан стенд для измерения характеристик прототипов и материалов до и после их облучения.Будет создана зона облучения образцов в адронном поле вторичных частиц Бустера У-70: - создан канал вывода пучка Бустера в помещение, предназначенное для исследований радиационной стойкости материалов и элементов детектирующих установок; - разработана и создана мишень для формирования поля вторичных частиц с различным составом нейтронов и заряженных адронов; Будет модернизирована установка для гамма облучения «ПАНДА-РС»: - проведено оснащение установки спектрофотометрическим оборудованием для исследований прозрачности сцинтилляторов, фиберов, спектросмещающих волокон.Будет создан канал вторичных частиц (электронов и адронов) высоких энергий для проведения тестов прототипов будущих детекторов.

Будет произведена закупка электроники для сбора, хранения и обработки данных, полученных в ходе исследований основных характеристик и радиационной стойкости элементов калориметрических детекторов.

ECAL Upgrade Table 2014-2015 (Мруб) 2014 2015 Разработка и исследование новых технологий для 4,5 6,0 торцевого электромагнитного калориметра ЕCAL: Будет создана зона облучения образцов в смешанном поле вторичных частиц У-70: - создана транспортная система доставки образцов в зону облучения в процессе работы У-70; - создан стенд для измерения характеристик прототипов и материалов до и после их облучения.Будет создана зона облучения образцов в адронном поле вторичных частиц Бустера У-70: - создан канал вывода пучка Бустера в помещение, предназначенное для исследований радиационной стойкости материалов и элементов детектирующих установок; - разработана и создана мишень для формирования поля вторичных частиц с различным составом нейтронов и заряженных адронов; Будет модернизирована установка для гамма облучения «ПАНДА-РС»: - проведено оснащение установки спектрофотометрическим оборудованием для исследований прозрачности сцинтилляторов, фиберов, спектросмещающих волокон.Будет создан канал вторичных частиц (электронов и адронов) высоких энергий для проведения тестов прототипов будущих детекторов.

Будет произведена закупка электроники для сбора, хранения и обработки данных, полученных в ходе исследований основных характеристик и радиационной стойкости элементов калориметрических детекторов.


IHEP in BRIL

BRIL Upgrade Table 2014-2015 (Мруб) 2014 2015Будут проведены: - расчёты радиационных полей и остаточной радиоактивности 1,0 4,0 элементов детектора CMS для номинальной светимости - физическое проектирование радиационной защиты CMS и интерфейса 2,0 1,0 между ускорителем и экспериментом - будет проведено расчётное сопровождение проекта комбинированного 1,5 2,0 переднего калориметра и условий работы малоугловых детекторов в

прямолинейном промежутке SS5 Proposed RDMS responsibilities signed by CMSMain responsibilities of the IHEP group for the next years will be:•Radiation simulations for the current CMS experiment, including radiation damage in HCAL and ECAL active elements•Radiation environment design for the CMS Upgrade Phase 2 and 3, including upgrade of all subsystems and infrastructure•Characterization of the machine induced background and modeling of the machine/ experiment interface•Conceptual design of the CMS Forward Region shielding reconstruction, including new TAS shielding

BRIL Upgrade Table 2014-2015 (Мруб) 2014 2015Будут проведены: - расчёты радиационных полей и остаточной радиоактивности 1,0 4,0 элементов детектора CMS для номинальной светимости - физическое проектирование радиационной защиты CMS и интерфейса 2,0 1,0 между ускорителем и экспериментом - будет проведено расчётное сопровождение проекта комбинированного 1,5 2,0 переднего калориметра и условий работы малоугловых детекторов в

прямолинейном промежутке SS5 Proposed RDMS responsibilities signed by CMSMain responsibilities of the IHEP group for the next years will be:•Radiation simulations for the current CMS experiment, including radiation damage in HCAL and ECAL active elements•Radiation environment design for the CMS Upgrade Phase 2 and 3, including upgrade of all subsystems and infrastructure•Characterization of the machine induced background and modeling of the machine/ experiment interface•Conceptual design of the CMS Forward Region shielding reconstruction, including new TAS shielding


Выводы

51


Заключение и выводы

52

RDMS сыграл ключевую роль в разработке эксперимента CMS и внес значительный вклад в создание и запуск детектора, разработке физической программы

Обязательства по MoU and MoA CMS выполняются успешно

Физики RDMS продолжают играть важную роль в обслуживании, наборе данных и физическом анализе

В настоящее время RDMS успешно участвует в модернизации CMS Фазе 1 и начал подготовку к Фазе 2 (с фокусом на переднюю калориметрию)

Сегодня важнейшая задача – обеспечить финансирование работ по модернизации в рамках принятых обязательств

Структура RDMS гарантирует выполнение всех принятых обязательств