DIAMOND_4D: G5 Call on diamond detectors

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1 DIAMOND_4D: G5 Call on diamond detectors n Acronyms: DIAMOND_4D n Title: Development of diamond detectors with high spatial and temporal resolution for luminosity measurements and neutron applications. n Fields of research: Detectors n PI: Gabriele Chiodini (INFN Lecce) n Research units of the project: a) INFN Bologna and Universita di Bologna b) INFN Lecce, Universita del Salento and NNL-Institute Nanoscience-CNR c) INFN Roma Tor Vergata and ENEA n Units: Dettagli su applicazioni, INFN BO : 6 Researchers = 2.0 FTE Workpackages e richieste INFN LE : 8 Researchers = 3.4 FTE nel back-up INFN RM2 : 9 Researchers = 4.1 FTE TOTAL : 23 Researchers= 18 stuff + 3 Phd student + 2 Post-Doc= 9.5 FTE n Cost: 610 ke / 3 years 7/9/13 Call diamante 1/4

2 Deliverables Telescopio a piani di pixel al diamante a doppia lettura con sistema di acquisizione ed elaborazione on-line: - Luminometria - Fisica in avanti - Rivelazione di Neutroni 7/9/13 Call diamante 2/4

3 Four WorkPackages n WP1: Ultra-radiation-hard diamond hybrid pixel detector pixel Responsible: Maurizio Martino (Univerista del Salento) Activities: - TiW/Au (sputtering) and metal-less (laser-writing) contacts on diamonds - Hybrid pixel diamond detector with strip readout on opposite face - Single chip Indium bump-bonding of hybrid pixel diamond n WP2: 8 channel low-noise and fast charge sensitive amplifier in VLSI SiGe technology for timing with thinned diamond detectors Responsible: Roberto Cardarelli (INFN Roma2) Activities: - VLSI SiGe chip 8 channel fast and low noise amplifiers prototype - Sandwich structure prototypes with thin diamond n WP3: Neutron detection with fast and pixelated diamond detectors and Li6F converter Responsible: Mario Pillon (ENEA Frascati) Activities: - Diamond neutron detection with Li6F conversion layers for TOF and imaging n WP4: DAQ, TDC, Trigger and online time-space correlation for diamond detector telescope Responsible: Mauro Villa (INFN Bologna) Activities: - DAQ and TDC for hybrid pixel and fast strip diamond detectors - 5 ps jittter distributed clock system Lecce costruiti pixel ibridi al diamante in G5- DIAPIX e membri di RD42 Universita del Salento dimostrato laser writing su diamante in G5-DIAPIX Roma2 lavora gia da un anno sull elettronica SiGe Realizzato FE a componenti discrete molto performante ottenendo dt=100 ps con diamante alla BTF. Ottenuto gia finanziamento da G1 per superb per un multiproject wafer (20ke). Gruppo ENEA gia collabora con ROMA2 Responsabili Frascati Neutron Generator Ideatori rivelatore di n al diamante con Li6F e struttura a sandwich Bologna esperta in luminometria Realizzato DAQ per testbeam Si di superb e testati pixel al diamante di G5-DIAPIX 7/9/13 Call diamante 3/4

4 Outcome 1. Sviluppare le capacita per realizzare rivelatori al diamante interamente INFN (ad esclusione del diamante CVD tagliato e lappato) al fine di poter realizzare rivelatori completi con configurazioni innovative e ridurre costi e tempi di realizzazione: 1. Contatti ohmici per litografia 2. Bump-bonding 3. Elettronica veloce multicanale (migliore di CIVIDEC) 4. DAQ e software 2. Elettronica SiGe veloce e a basso rumore importante anche per altri rivelatori veloci (RPC, SiPm, MCP, ). 3. Sviluppare un rivelatore di neutroni al diamante completo di acquisizione e analisi tipico delle alte energie per monitor di flusso e imaging ai reattori da fusione e ASD TOTAL COST 610 ke 7/9/13 Call diamante 4/4

5 Horizon /9/13 Call diamante 5/4

6 BACK-UP 7/9/13 Call diamante 6/13

7 Luminometria n Rivelatori al diamante sono impiegati con successo nei sistemi di monitoraggio e di protezione in LHC ed in tutti i suoi 4 esperimenti: q Nessun gruppo italiano e coinvolto in questi rivelatori q Interesse ed espertise sulla luminometria (gruppo di Bologna) n CMS ed ATLAS prevedono nella fase I (2018) misure di luminosita bunchto-bunch con precisione del qualche % impiegando rivelatori a pixel al diamante. n ATLAS/CMS hanno gia istallati e funzionanti vari sensori al diamante n ATLAS installera il primo rivelatore a pixel policristallino nel 2014 q Fenomeni di polarizzazione in pixel al diamante moderatamente irraggiati (10E15/cm2) sono stati recentemente osservati da CMS ad un rate moderato di particelle (60kHz/cm2): q CMS impiegata diamante monocristallino spesso 500 um. Noi intendiamo usare diamante policristallino e sottile ( um). q Il chip di lettura di CMS ha una soglia di circa 3000 e-. Noi intendiamo usare il nuovo chip di ATLAS FE-I4 (usato per l IBL con soglia minima di circa 500 e-). Il progetto vuole realizzare un dispositivo a pixel al diamante a doppia lettura innovativo e competitivo per misure accurate del profilo temporale e spaziale della luminosita 7/9/13 Call diamante 7/13

8 Fisica in avanti a LHC Eventi prodotti centralmente in cui i due protoni emergono intatti -Diffractive QCD -Higgs (for AFP420)... - BSM objects - Anomalous Gauge Coupling TGC and QGC... edgeless 3D pixels to tag protons and measure M Fast timing detector to suppress LHC pile-up with 10 ps dt: dz=(z1-z2)dt/c=2.1 mm Proposto ad AFP-ATLAS: impiego rivelatori al diamante per timing come alternativa all attuale baseline (quarzo letto da MCP): Idea riportata da upgrade di TOTEM (CERN-LHCC ; LHCC- P-007) senza nessun dettaglio 7/9/13 Call diamante 8/13

9 Rivelatori di neutroni al diamante (interesse per la spettroscopia neutronica) Thermal 25 mev Nuclear reactors Neutron tomography BNCT Fission target neutron Gamma blind and withstand high irradiation flux and temperature Elastic scattering of fast neutrons in C gives 2 x signals than Si Highest efficiency per unit volume for fission neutrons Neutron TOF spectroscopy 1-2 MeV FISSION NEUTRONS Nuclear reactors Propulsion reactors Spallation source C(n,α)Be threshold 5.8 MeV DT fast Neutrons 14 MeV FAST NEUTRONS Hot and inertial fusion reactors DT confinement plasma Temporal metrology Fission products icvd B-doped CVD HPHT Sandwich Structure with conversion layer 7/9/13 Call diamante 9/13

10 WorkPackages 1 WP1: Ultra-radiation-hard diamond hybrid pixel detector pixel n Responsible: Maurizio Martino (universita del Salento) n Activities: - TiW/Au (sputtering) and metal-less (laser-writing) contacts on diamonds - Hybrid pixel diamond detector with strip readout on opposite face - Laser assisted bumpbonding of hybrid pixel diamond with readout chip 7/9/13 Call diamante 10/13

11 WorkPackages 2 WP2: 8 channel low-noise and fast charge sensitive amplifier in VLSI SiGe technology for timing with thinned diamond detectors n Responsible: Roberto Cardarelli (INFN Roma2) n Activities: - VLSI SiGe chip 8 channel fast and low noise amplifiers prototype - Sandwich structure prototypes with thin diamond n Il gruppo di Roma2 lavora gia da un anno sull elettronica SiGe ed ha realizzato un FE a componenti discrete gia molto performante. Ottenuto gia finanziamento su superb per una prima versione di un multiproject wafer (20ke) WorkPackages 3 n WP3: Neutron detection with fast and pixelated diamond detectors n Responsible: Mario Pillon (ENEA Frascati) n Activities: - Diamond neutron detection with neutron conversion layers (Li6F) - Neutron imaging with diamond detectors 7/9/13 Call diamante 11/13

12 WorkPackages 2 and 3 costs 7/9/13 Call diamante 12/13

13 WorkPackages 4 n WP4: DAQ, TDC, Trigger and online time-space correlation for diamond detector telescope n Responsible: Mauro Villa (INFN Bologna) n Activities: - Hybrid diamond pixel detectors - DAQ and TDC for pixel and fast strip detectors Pixel and strip diamond - 5 ps jittter distributed clock system 7/9/13 Call diamante 13/13

14 Anagrafica 7/9/13 Call diamante 14/13