Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание сверхбыстродействующих компонентов тяжелоионного супердетектора АЛИСА Большого адронного коллайдера ЦЕРН для экспериментальных исследований кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжелых ионов.

Номер контракта: 14.610.21.0003

Руководитель: Манько Владислав Иванович

Должность руководителя: начальник лаборатории

Докладчик: Пересунько Дмитрий Юрьевич, Старший научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
кварк-глюонная материя, большой адронный коллайдер (бак), церн, столкновения ядер сверхвысоких энергий, супердетектор alice, детекторные системы, фотонный спектрометр, внутренний трекер, мюонный спектрометр, программное обеспечение, обработка данных, корреляции.

Цель проекта:
1. Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализуемый проект. Создание сверхбыстродействующих компонентов тяжелоионного супердетектора АЛИСА Большого адронного коллайдера ЦЕРН для экспериментальных исследований кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжелых ионов 2. Формулировка цели реализуемого проекта; Создание, испытания и лабораторный запуск компонентов детекторных устройств, предназначенных для использования в составе модернизируемых детекторных установок (супердетектора АЛИСА) Большого адронного коллайдера, в интересах приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и обеспечения возможности проведения физических экспериментов при повышенных уровнях светимости коллайдера, в рамках реализации сотрудничества Российской Федерации с Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
В рамках ПНИЭР планируются к разработке и созданию следующие усовершенствованные детекторные устройства супердетектора АЛИСА:
фотонный спектрометр – ФОС;
мюонный спектрометр – МЮОН;
внутренняя трековая система – ВТС;
фронтальный интеллектуальный триггер – ФИТ;
времяпролётный идентификатор – ВИ;
детекторное устройство «космический и мюонный триггер» - АККОРД;
специальное программное обеспечение, способное обеспечить возможность проведения экспериментальных исследований на пучках БАК повышенной в 10 раз
Должны быть изготовлены компоненты детекторных устройств супердетектора АЛИСА
Должны быть проведены экспериментальные исследования созданных компонентов по подтверждению достижения в них требуемых параметров.
Должны быть разработаны рекомендации по усовершенствованию детекторных устройств супердетектора АЛИСА в 2017-2018 г.г. для проведения экспериментальных исследований кварк-глюонной материи на пучках реконструированного БАК, в условиях увеличенной в 10 раз светимости коллайдера (до 2⋅10^34 см-2с-1).
Должны быть разработаны Проекты технических заданий на разработку и производство в 2017-2018 г.г. экспериментальных образцов усовершенствованных детекторных устройств супердетектора АЛИСА. Должны быть проведены исследования в интересах оптимизации детекторных устройств супердетектора АЛИСА.

2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), планируемой научной (научно-технической, инновационной) продукции.
Модернизированные детекторные устройства супердетектора АЛИСА должны обеспечивать проведение экспериментальных исследований кварк-глюонной материи на пучках реконструированного БАК, в условиях увеличенной в 10 раз светимости коллайдера (до 2⋅10^34 см-2с-1).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1.Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.

Должны быть изготовлены компоненты модернизированных детекторных устройств супердетектора АЛИСА
Должны быть разработаны рекомендации по усовершенствованию детекторных устройств супердетектора АЛИСА для проведения экспериментальных исследований кварк-глюонной материи на пучках реконструированного БАК, в условиях увеличенной в 10 раз светимости коллайдера (до 2⋅10^34 см-2с-1).
Должны быть разработаны Проекты технических заданий на разработку и производство экспериментальных образцов усовершенствованных детекторных устройств супердетектора АЛИСА.
Должны быть проведены исследования в интересах оптимизации детекторных устройств супердетектора АЛИСА.

2. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик и решений.
Большинство применявшихся методик и решений, применявшихся для модернизации детекторных устройств, применялись ранее только в НИР 2012-2013 г.г., развитием которой является данная ПНИЭР.

3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Работы, проводимые в рамках государственного контракта, соответствуют мировому уровню развития данного направления техники.

4. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
Пути и способы достижения заявленных результатов: выбор направления исследований, теоретические исследования поставленных перед НИР задач, экспериментальные исследования поставленных перед НИР задач, обобщение и оценка результатов исследований.
ограничения и риски отсутствуют

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться или планируемая на их основе инновационная продукция);
Научно-исследовательские разработки в рамках данного проекта могут найти применение в различных областях техники и медицины: для дальнейшего развития методик регистрации частиц в современных детекторных системах физики высоких энергий в условиях предельно высоких загрузок, для дальнейшего развития методик регистрации частиц в области энергоэффективности и энергосбережения в ядерной энергетике, в кристаллографии, в атомной и космической промышленности; для дальнейшего развития методик регистрации частиц в ядерной биофизике и медицине (протонная терапия, томография).

2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования;
Результаты проведенных ПНИЭР будут использованы российскими участниками Международного Объединения ALICE для проведения последующих ПНИЭР, направленных на окончательное усовершенствование детекторных систем мегадетектора ALICE, с тем, чтобы были обеспечены возможности проведения экспериментальных исследований на пучках Большого адронного коллайдера после реконструкции коллайдера в 2017-2018 гг., когда его светимость будет увеличена более, чем в 10 раз.
Результаты будут использованы при выполнении последующих этапов программы по усовершенствованию детекторных систем мегадетектора ALICE в 2017 - 2018 гг.

3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений; разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сфере:
Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечении развития материально-технической и информационной инфраструктуры.
Планируемые результаты ПНИЭР могут оказать влияние на развитие научно-технических и технологических направлений в различных областях техники и медицины, указанных в п. 3.1

4. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечении развития материально-технической и информационной инфраструктуры:
интеграция российской науки в мировое научное сообщество и усиление роли науки и научного сообщества в стране;
значительное расширение географии международного сотрудничества научно-исследовательских организаций и университетов;
укрепление позиций российской науки и высшего образования в мире;
развитие новых перспективных направлений исследований и прикладных разработок за счет привлечения к совместным работам ведущих международных специалистов участников проектов ЦЕРН;
взаимовыгодный информационный и научно-технический обмен между странами-партнерами участниками проектов ЦЕРН;
создание эффективных механизмов международного сотрудничества, направленных на повышение уровня работ университетов и научно-исследовательских организаций.
повышение международного имиджа России.

Текущие результаты проекта:
Результаты 1 этапа:
1.1 Разработан аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы для исследования возможности усовершенствования детекторных устройств супердетектора АЛИСА с целью обеспечения возможностей проведения экспериментальных исследований на пучках Большого адронного коллайдера после реконструкции коллайдера в 2018-2019 г.г., когда его светимость будет увеличена более чем в 10 раз.
2.1 Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
1.3 Проведены выбор и обоснование направлений исследований для создания усовершенствованных детекторных устройств супердетектора АЛИСА: ФОС, МЮОН, ВТС, ФИТ, ВИ, АККОРД.
1.4 Разработана конструкторская документация на специализированное оборудование для ВТС– матрицы для изготовления образцов ферм длиной до 1500мм.
1.5 Изготовлено специализированное оборудование для ВТС – матрицы для изготовления образцов ферм длиной до 1500мм.

Результаты 2 этапа:
2.1 Выполнены теоретические исследования по оптимизации детекторных устройств супердетектора АЛИСА для изучения свойств кварк-глюонной материи в ядерных взаимодействиях сверхвысоких энергий в условиях повышенной светимости БАК.
- Теоретические исследования по оптимизации детекторного устройства ФОС.
- Теоретические исследования возможности изучения ультра-периферических процессов с помощью детекторного устройства МЮОН.
- Теоретические исследования возможностей изучения дальних корреляций адронов в ядерных взаимодействиях сверхвысоких энергий с помощью детекторных устройств ВТС и МЮОН/МФТ модернизированного супердетектора АЛИСА.
- Теоретические исследования возможностей использования детекторного устройства ФИТ для формирования триггерных сигналов нулевого уровня, измерений множественности рожденных заряженных частиц, плоскости реакции, мониторирования и определения светимости, измерения времени пролета рожденных заряженных частиц, диагностики пучка и оценки фоновых событий.
- Теоретические исследования возможности идентификации редких распадов резонансов при возросшей светимости и энергии сталкивающихся пучков с помощью модернизированного детектора детекторного устройства ВИ.
- Теоретические исследования и расчетные оценки необходимой гранулярности детектора детекторного устройства АККОРД.
2.2 Проведена разработка специального программного обеспечения (СПО).
- Разработка программ и методик экспериментальных исследований детекторных устройств, экспериментальных образцов и лабораторных образцов усовершенствованных детекторных устройств супердетектора АЛИСА: ФОС, МЮОН, ВТС, ФИТ, ВИ, АККОРД.
2.3 Выполнена разработка конструкторской документации, рабочих проектов и технических заданий на изготовление специализированного оборудования, испытательных стендов, экспериментальных образцов и лабораторных образцов усовершенствованных детекторных устройств супердетектора АЛИСА:
- документации на изготовление экспериментальных и лабораторных образцов для детекторного устройства ФОС:
- ТЗ и КД на лабораторный образец измерительной электроники ФОС;
- ТЗ и КД на экспериментальный образец электронного модуля ММВ-Т ФОС;
- ТЗ и КД на лабораторный образец несущей конструкции ФОС;
- ТЗ и КД на экспериментальный образец электронного модуля мониторной системы РД01 ФОС;
- ТЗ и КД на лабораторный образец модуля фотонного спектрометра ФОС;
- ТЗ и КД на лабораторный образец модуля вето-детектора заряженных частиц;
- ТЗ на модернизацию программного обеспечения системы медленного контроля детекторного устройства ФОС и ВД детекторного устройства ФОС супердетектора АЛИСА;
- ТЗ и рабочих проектов (РП) для детекторного устройства МЮОН:
- РП стенда испытаний системы охлаждения детекторного устройства МЮОН (стенд «МЮОН-1»);
- РП стенда испытаний шин питания детекторного устройства МЮОН (стенд «МЮОН-2»);
- ТЗ и КД на лабораторные образцы системы охлаждения преобразователей постоянного тока системы питания электроники МФТ;
- ТЗ и КД для лабораторного образца шин питания электроники МФТ.
- ТЗ, КД и рабочих проектов на изготовление экспериментальных образцов, лабораторных образцов и испытательных стендов для ВТС.
- ТЗ и КД на экспериментальне образцы панелей охлаждения внешних слоев ВТС.
- РП стенда тепловых испытаний лабораторных образцов несущих конструкций для 3-х первых слоев детекторного устройства ВТС («ВТС-1»).
- РП стенда механических испытаний лабораторных образцов несущих конструкций для 4-х внешних слоев детекторного устройства ВТС («ВТС-2»).
- РП стенда испытаний и аттестации монолитных кремниевых пиксельных детекторов детекторного устройства ВТС («ВТС-3»).
- КД на специализированное оборудование – матрицы для изготовления образцов панелей охлаждения 4-х внешних слоев ВТС, в том числе: матрицы для изготовления образцов панелей охлаждения длиной до 1500 мм; матрицы для изготовления образцов торцевых элементов 4-х внешних слоев ВТС.
- КД на специализированное оборудование – матрицы для изготовления образцов торцевых элементов 3-х первых слоев ВТС
- КД на- лабораторные образцы сверхлегких несущих конструкций для 3-х первых слоев ВТС:лабораторные образцы сверхлегких несущих конструкций для 4-х внешних слоев ВТС; лабораторный образец подмасштабной (половины полномасштабной) сборки 3-х внутренних слоёв ВТС.
-КД на специализированное оборудование – матрицы для изготовления панелей охлаждения первых трех слоев ВТС.
- ТЗ, КД и рабочих проектов на изготовление лабораторных образцов и испытательных стендов для детекторного устройства ФИТ.
- ТЗ и КД на лабораторные образцы ФИТ: образец модуля черенковского детектора ФИТ, образец триггерной электроники ФИТ, образец измерительной электроники ФИТ, образец входной электроники ФИТ, образец электронной системы измерения амплитудно-временных сигналов ФИТ, электронной системы формирования счетных сигналов ФИТ.
- РП испытательных стендов для ФИТ: стенда исследования характеристик фотоумножителей детекторного устройства ФИТ («ФИТ-1»), стенда исследования детекторных модулей детекторного устройства ФИТ на ускорителе частиц («ФИТ-2»);
- ТЗ и КД на изготовление экспериментальных и лабораторных образцов для модернизированного детекторного устройства АККОРД.
2.4 Изготовление спецоборудования, испытательных стендов и лабораторных образцов для ВТС:
- лабораторных образцов панелей охлаждения первых трех слоев ВТС.
- матриц для изготовления образцов ферм длиной до 900мм;
- матриц для изготовления образцов панелей охлаждения длиной до 900 мм;
- матриц для изготовления образцов панелей охлаждения длиной до 1500 мм;
- матриц для изготовления образцов торцевых элементов 4-х внешних слоев ВТС.
- спецоборудования для изготовления образца подмасштабной (половины полномасштабной) сборки 3-х внутренних слоёв ВТС.
- матриц для изготовления панелей охлаждения первых трех слоев ВТС.
- стенда тепловых испытаний лабораторных образцов несущих конструкций для 3-х первых слоев детекторного устройства ВТС («ВТС-1»).

Результаты 3 этапа (заканчивается 31.12.2015):
3.1 Изготовлены экспериментальные образцы и лабораторные образцы для детекторного устройства ФОС, а именно:
- лабораторный образец измерительной электроники ФОС;
- экспериментальный образец электронного модуля ММВ-Т;
- экспериментальный образец электронного модуля мониторной системы РД01.
- лабораторный образец модуля вето-детектора заряженных частиц ВД.
- лабораторный образец несущей конструкции считывающей электроники ДУ ФОС.
3.2 Изготовлены лабораторные образцы и испытательные стенды для детекторного устройства МЮОН, в том числе:
- лабораторный образец системы охлаждения преобразователей постоянного тока системы питания электроники МФТ;
- лабораторный образец шин питания электроники МФТ;
- стенд испытаний системы охлаждения детекторного устройства МЮОН (стенд «МЮОН-1»);
- стенд испытаний шин питания детекторного устройства МЮОН («МЮОН-2»).
3.3 Изготовлены специализированое оборудование, экспериментальные образцы и испытательные стенды для детекторного устройства ВТС, а именно:
- специализированное оборудование - матрицы для изготовления образцов торцевых элементов опор первых слоев ВТС;
- экспериментальный образец подмасштабной (половины полномасштабной) сборки 3-х внутренних слоёв ВТС;
- стенд механических испытаний лабораторных образцов несущих конструкций для 4-х внешних слоев детекторного устройства ВТС («ВТС-2»);
- экспериментальные образцы панелей охлаждения первых трех слоев ВТС;
- стенд испытаний и аттестации монолитных кремниевых пиксельных детекторов детекторного устройства ВТС («ВТС-3»);
- лабораторные образцы сверхлегких несущих конструкций для 3-х первых слоев ВТС;
- лабораторные образцы сверхлегких несущих конструкций для 4-х внешних слоев ВТС;
- лабораторный образец подмасштабной (половины полномасштабной) сборки 3-х внутренних слоёв ВТС.
3.4 Изготовлены лабораторные образцы и разработаны технические задания на изготовление экспериментального образца и испытательных стендов для детекторного устройства ФИТ, а именно:
- лабораторный образец модуля черенковского детектора ФИТ;
- лабораторный образец триггерной электроники ФИТ;
- лабораторный образец измерительной электроники ФИТ;
- лабораторный образец входной электроники ФИТ;
- экспериментальный образец электронной системы измерения амплитудно-временных характеристик ФИТ.
3.5 Разработаны ТЗ и КД на изготовление экспериментальных и лабораторных образцов для детекторного устройства ФИТ, а именно:
- ТЗ и КД на изготовление экспериментального образца детектирующей системы и механической конструкции ФИТ.
- ТЗ и КД на изготовление экспериментального образца входной электроники ФИТ.
- ТЗ и КД на создание лабораторных образцов лазерной системы калибровки для ФИТ.
3.6 Разработаны рабочие проекты (РП) испытательных стендов для ФИТ.
3.7 Изготовлены испытательные стенды для ФИТ, в том числе:
- стенд для исследования характеристик фотоумножителей детекторного устройства ФИТ («ФИТ-1»);
- стенд для исследования детекторных модулей детекторного устройства ФИТ на ускорителе частиц («ФИТ-2»);
3.8 Изготовлены экспериментальный образец и лабораторные образцы сцинтилляционных детекторов для детекторного устройства АККОРД, в том числе:
- лабораторные образцы модуля АККОРД.
- экспериментальный образец для окончательной проверки качества сборки сцинтилляционного модуля АККОРД.
3.9 Модернизировано программное обеспечение системы медленного контроля детекторного устройства ФОС, и ВД детекторного устройства ФОС супердетектора АЛИСА.
3.10 Проведены экспериментальные исследования параметров созданных экспериментальных образцов и лабораторных образцов усовершенствованных детекторных устройств супердетектора АЛИСА, а именно:
- Экспериментальные исследования экспериментальных образцов для ФОС, в том числе: электронного модуля ММВ-Т; электронного модуля мониторной системы РД01; вето-детектора заряженных частиц; несущей конструкции считывающей электроники детекторного устройства ФОС; новой измерительной электроники.
- Экспериментальные исследования лабораторных образцов для МЮОН, в том числе: системы охлаждения преобразователей постоянного тока системы питания электроники МФТ; шин питания электроники МФТ.
- Экспериментальные исследования параметров созданных экспериментальных образцов и лабораторных образцов усовершенствованного детекторного устройства ВТС супердетектора АЛИСA.
- Экспериментальные исследования лабораторных образцов для ФИТ, в том числе: модуля черенковского детектора ФИТ; триггерной электроники ФИТ; измерительной электроники ФИТ; входной электроники ФИТ; электронной системы измерения амплитудно-временных параметров ФИТ.
- Экспериментальные исследования экспериментальных образцов и лабораторных образцов сцинтилляционных детекторов для АККОРД, в том числе: лабораторных образцов модуля АККОРД; экспериментального образца для окончательной проверки качества сборки сцинтилляционного модуля АККОРД.
- Экспериментальные исследования модернизированного программного обеспечения системы медленного контроля детекторного устройства ФОС и ВД детекторного устройства ФОС супердетектора АЛИСА.