|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергийНИР
Software and hardware development for the high energy physics experiments
- Руководитель НИР: Меркин М.М.
- Ответственный исполнитель: Харламов П.И.
- Участники НИР: Баранова Н.В., Басиладзе С.Г., Богданова Г.А., Бочаров Ю.Н., Волков В.Ю., Воронин А.Г., Георгадзе И.Л., Георгадзе И.Л., Гришин Н.И., Гришкевич Я.В., Добролюбов Е.Н., Добролюбов Е.Н., Ежов В.Б., Ежов В.Б., Карманов Д.Е., Козлов В.В., Королев М.Г., Кудряшов И.А., Лефлат А.К., Орфаницкий С.В., Орфаницкий С.В., Харламов П.И., Шикова А.М., Шикова А.М., Шушкевич С.Н.
- Подразделение: Отдел экспериментальной физики высоких энергий
- Срок исполнения: 1 января 2015 г. - 31 декабря 2025 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 3.6
- Номер ЦИТИС: 122081000092-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Физика высоких энергий
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.05.81 Методика и техника эксперимента в физике элементарных частиц
- 29.15.35 Прохождение ядерных частиц и гамма-квантов через вещество
- 29.15.39 Методика и техника ядерно-физического эксперимента
- 59.43.33 Приборы для измерения спектральных характеристик ионизирующих излучений
- 59.43.71 Узлы, блоки, элементы, детали приборов для измерения ионизирующих излучений
- 29.05.45 Космические лучи. Релятивистская астрофизика. Космология
- Классификатор OECD: Физика элементарных частиц и квантовая теория поля, Ядерная физика, Астрономия и астрофизика
-
Ключевые слова:
электроника считывания и обработки сигнала, система медленного контроля, полупроводниковые сенсоры, калориметр, трековая система
tracking system, calorimetry, readout electronics, dosimetry, daq, slow control, semiconductor sensors -
Описание:
Работа направлена на разработку новых детекторных систем для физики высоких энергий, физики космических лучей и систем радиационной безопасности различного применения. В рамках НИР будет проводиться разработка собственно детекторов на основе полупроводниковых материалов (Si, GaAs, соединений А2В6 и алмаза) для различных установок в физике высоких энергий, атомной физике и физики космоса (в частности MPD и SPD детекторы на строящемся коллайдере мегапроекта NICA, для эксперимента CBM на ускорительном комплексе FAIR, проектируемом космическом комплексе ОЛВЭ и др.). Особое внимание будет уделено разработке и созданию систем сбора и обработки информации, особенно актуальной проблемой является создание отечественной элементной базы специализированных многоканальных интегральных микросхем считывания сигналов с полупроводниковых и других детекторов. Будут разработаны микросхемы предварительной (on-line) обработки сигналов обеспечивающие высокую скорость обработки и сжатие информации. В рамках НИР будут существенно модернизированы существующие стенды и системы измерения параметров детекторов и микросхем. Будут разработаны методы монтажа детекторов и считывающей электроники на сверхлегких конструкциях из углепластика. Будут разработаны системы контроля и управления состоянием больших детекторных установок, как в аппаратной, так и в программной части.
-
Abstract:
Work is directed to development of new detection systems for high energy physics, cosmic ray physics and systems radiation safety of different application. Within R&D it will be actually developed detectors on the basis of semiconductor materials (Si, GaAs, the A2B6 connections and diamond) for different installations in high energy physics, atomic physics and physics of space (in particulars MPD and SPD detectors on a collider of NICA (under construction), for CBM experiment on the accelerating FAIR complex projected FAIR complex, etc.). Special attention will be paid to development and creation of systems of data collection and processing, especially urgent problem is creation of a domestic element basis specialized multi-channel integral circuits (ASIC) of reading of signals from semiconductor and other detectors. ASICs of preliminary (on-line) will be developed signal processings the providing high processing rate and compression of information. Within R&D will be significantly upgraded the existing benchs and systems of measurement of parameters of detectors and ASICs. Mounting techniques of detectors will be developed and the reading-out electronics on extralight constructions from a carbonfiber. Control and management systems for a status will be developed for big detection installations, both in hardware and software.
-
Планируемые результаты:
- детекторные системы для экспериментов в физике высоких энергий: BM@N, MPD и SPD на коллайдере NICA; - модернизация экспериментов на БАК (БАК-би, ATLAS, CMS); - разработка программного обеспечения управления детекторными системами; - детекторные системы для исследования космических лучей - эксперимент НУКЛОН-2. - разработка тестовых стендов для испытаний изделий электронной техники к воздействию тяжелых заряженных частиц
-
Научный задел:
В 1988 году в отделе экспериментальной физики высоких энергий НИИЯФ МГУ была организована лаборатория, задачей которой было освоение самых современных методов разработки детектирующих систем для физики высоких энергий. Именно сотрудники этой лаборатории являются ядром исполнителей темы 3.6. С момента создания сотрудники участвовали в разработке кремний-вольфрамового калориметра для Ускорительно-накопительного комплекса (УНК), детектирующих систем для строящегося в то время Большого адронного коллайдера (эксперименты ATLAS, CMS, LHCb). Одновременно была построена передняя часть адрон-электронного сепаратора эксперимента ZEUS на коллайдере HERA. Сотрудниками лаборатории была разработана и изготовлена передняя часть трековой системы эксперимента Д0 (FERMILAB). Разработаны и изготовлены кремниевые детектирующие системы для экспериментов в физике космических лучей: Эксперимент ATIC - кремниевая матрица для сепарации адронной и электро-магнитной компонент; эксперимент НУКЛОН - система измерения заряда, система измерения энергии, микрокалориметр.
- Добавил в систему: SINP IAO
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: 1. Эксперимент Бак-би: Координация работ суб-дететора VELO установки LHCb (БАК-би) с участием в сменных, сервисных и экспертных работах по системам медленного контроля установки. Участие в работах по VELO Upgrade. Разработана система вакуумного перехода с проведением необходимых тестовых исследований. 2.Эксперимент НУКЛОН: Контроль функционирования, анализ данных и модернизация действующей научной аппаратуры. 3.Эксперимент НУКЛОН-2:Подготовка эскизного проекта научной аппаратуры для космического эксперимента НУКЛОН-2 по исследованию изотопного состава космических лучей; разработка и создание прототипа калориметра научной аппаратуры НУКЛОН-2; проведение испытаний прототипа калориметра НУКЛОН-2 на пучке ядер ускорителя НУКЛОТРОН (ОИЯИ) и на пучке SPS(ЦЕРН) 4.Эксперимент NICA/MPD: Разработана концепции системы управления и контроля детектора MPD; проведено тестирование двусторонних микростриповых детекторов; проведено два испытательных сеанса полного канала считывания на пучке Нуклотрона (ОИЯИ); разработана геометрия модулей трековой системы эксперимента BM@N. | ||
| 4 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: 1. Эксперимент Бак-би: Координация работ суб-дететора VELO установки LHCb (БАК-би) с участием в сменных, сервисных и экспертных работах по системам медленного контроля установки. Участие в работах по VELO Upgrade. Разработана усовершенствованная система контроля температуры субдетектора VELO на базе датчиков с обратной температурной зависимостью. Использование таких датчиков позволяет повысить точность измерения параметров VELO и существенно уменьшить время реакции системы на аварийные ситуации. Температурная система будет установлена в детектор во время остановки ускорителя 2019 - 2020 г. Проведена НИР "Предложения по усовершенствованию трекового детектора" в рамках которой было существенно обновлено программное обеспечение системы управления детектором. (DCS). 2.Эксперимент НУКЛОН: Контроль функционирования, анализ данных. Обнаружено новое универсальное колено в области магнитной жесткости 10ТВ. Измерен энергетический спектр никеля. 3.Эксперимент НУКЛОН-2:Создан прототип калориметра научной аппаратуры НУКЛОН-2; проведение испытаний прототипа калориметра НУКЛОН-2 на пучке ядер ускорителя SPS(ЦЕРН). Анализ проведенных тестов подтверждает возможность разделения изотопов вплоть до железа (26) и возможно никеля. 4.Эксперимент NICA/MPD: Проведено моделирование внутренней трековой системы MPD (ITS) на основе микропикселей с внутренним усилением (MAPS). Определено базовое программное обеспечение для системы контроля состояния детектора; Изготовлено 3 прототипа модулей трековой системы эксперимента BM@N. Проведены пучковые испытания прототипа трековой системы на электронном ускорителе с энергией 50 МэВ. | ||
| 5 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: 1. Эксперимент Бак-би: Проведены работы в системе суб-дететора VELO установки LHCb (БАК-би) с участием в сменных, сервисных и экспертных работах по системам медленного контроля установки. Группа МГУ участвует в модернизации детектора, включая изготовление температурной системы, инсталляцию программного обеспечения системы контроля состояния детектора и высоковольтой системы мюоннного субдетектора. Заключен контракт с НИЦ "КИ" по модернизации системы контроля температуры. 2.Эксперимент НУКЛОН: Проведен анализ данных данных. Модернизация аппаратуры невозможно в связи с отказом спутника. 3.Эксперимент НУКЛОН-2: создан прототипа калориметра научной аппаратуры НУКЛОН-2; проведено испытаний прототипа калориметра НУКЛОН-2 на пучке ядер ускорителя НУКЛОТРОН (ОИЯИ). созданы программы моделирования и анализа данных в части разделения изотопов. 4.Эксперимент NICA/MPD: изготовлены прототипы модуля трековой системы эксперимента BM@N. Проведены пучковые испытания прототипа модуля. Проведена конструкторская проработка трековой системы. Выбран технологический маршрут изготовления супермодуля (леддера). Подготовлена техническая документация (TDR) по трековой системе. проведены испытания новой специализированной ИМС SMX версии 2.1, определены оптимальные режимы работы в условиях эксперимента BM@N. Проведена разработка и изготовление прототипов модулей трековой системы MPD на базе монолитных активных пикселей ALPIDE. ; начата подготовка к тестовому сеансу полного канала считывания на пучке Нуклотрона (ОИЯИ) Получены гранты РФФИ 18-02-40047 "Система скоростного потокового чтения данных с широко-апертурной кремниевой трековой системы установки NICA-BM@N" и 18-02-40113 "Разработка трековой кремниевой системы для эксперимента BM@N". 5. Эксперимент NICA/SPD: Участие в подготовке концепции эксперимента в части разработки трековой системы с учетом требований регистрации поляризации. | ||
| 6 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: 1. Эксперимент Бак-би: Завершена подготовка системы субдететора VELO установки LHCb (БАК-би) с к запуску ускорителя включая изготовление температурной системы, инсталляцию программного обеспечения системы контроля состояния детектора и высоковольтной системы мюонного субдетектора. 2.Эксперимент НУКЛОН: Анализа данных завершен. Развита астрофизическая диффузионная модель транспорта космических лучей. 3.Эксперимент НУКЛОН-2: Доработана программ моделирования и анализа данных в части разделения изотопов. 4.Эксперимент NICA/MPD: Изготовлены прототипы модулей трековой системы MPD на базе монолитных активных пикселей ALPIDE. 5. Эксперимент BM@N: Подготовлена техническая документация к производству трековой системы эксперимента. Проведена подготовка и обучение персонала для изготовления модулей трековой системы эксперимента BM@N. Изготовлены первые пилотные образцы модулей, проведена оценка технологии сборки и выход годных модулей. Разработан (как аппаратно, так и программно) лазерный стенд для тестирования модулей. Изготовлен прототип несущей конструкции трековой системы. Изготовлен прототип супермодуля (леддера) трековой системы STS BM@N.Выпущены технические предложения - TDR. 6. Эксперимент NICA/SPD: Принято участие в подготовке концепции эксперимента в части разработки трековой системы с учетом требований регистрации поляризации. Предложения по эксперименту в стадии редактирования и моделирования. 7. Прикладные исследования: Разработан и создан прототипа детекторной части системы анализа одиночных сбоев в ИМС и других изделиях ЭТ. | ||
| 7 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: 1.Эксперимент Бак-би: Завершена подготовка системы субдететора VELO установки LHCb (БАК-би) с к запуску ускорителя включая изготовление температурной системы, инсталляцию программного обеспечения системы контроля состояния детектора и высоковольтной системы мюонного субдетектора. Спланирован состав и режим работы группы обслуживания аппаратуры во время набора статистики. К сожалению, из-за пандемии кронавируса запуск LHC отложен до 1 апреля 2022, а возможно и до лета 2022 в связи с тем, что не все эксперименты готовы к набору физических данных. 2.Эксперимент НУКЛОН: Продолжено развитие астрофизической диффузионной модели транспорта космических лучей. Проведено моделирование ускорения КЛ в магнитных полях, получено удовлетворительное согласие расчетных и экспериментальных спектров КЛ, в частности спектра никеля. Защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук 3. Эксперименты BM@N и MPD/NICA: Разработана механическая конструкция трековой системы эксперимента BM@N. Конструкция позволяет состоит из 4 станций, каждая из которых, представляет собой 4 независимых четвертинки. Такое решение позволяет отдельно и независимо демонтировать каждую 1/16 часть трековой системы, произвести ремонт, в случае необходимости и вернуть на место, в принципе, не прерывая (на длительный срок) набор физических данных. Начато серийное производство модулей STS BM@N совместно с ОИЯИ. К сожалению, производство сдерживается отсутствие комплектующих, из-за срывов поставок из Германии. Изготовлен прототип леддера первой станции STS. Не смотря дефицит компонентов изготовлено около 20 пилотных образцов модулей. Полностью запущен в работу стенд тестирования модулей с помощью инфракрасного лазера. Произведено тестирование 15 пилотных модулей. В процессе тестирования выявлено несколько проблем, по большей части, связанных с потерей синхронизации в микросхемах считывания. Была произведена отладка системы синхронизации. Изготовлен прототип несущей конструкции трековой системы. Изготовление супермодулей (леддеров) трековой системы STS BM@N перенесено на 2022 год в свази с отсутствием достаточногшо количества комплектующих. Изготовлены прототипы модулей трековой системы MPD на базе монолитных активных пикселей ALTAI (MAPS ALPIDE был заменен на ALTAI с улучшенными характеристиками. 4. Эксперимент NICA/SPD: Подготовлена концепция эксперимента в части разработки трековой системы с учетом требований регистрации поляризации продуктов взаимодействия. Подготовлены технические предложения (СDR). 5. Прикладные исследования: Разработана детекторная часть станции, позволяющая идентифицировать каждый падающий ион до загрузок 10^5 ионов/сек. Развиты методики и системы анализа одиночных сбоев в ИМС и других изделиях ЭТ. | ||
| 8 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: Эксперимент Бак-би: Подготовлена к запуску и проведен запуск системы субдететора VELO установки LHCb (БАК-би), изготовлена температурная система, проведена установка программного обеспечения системы контроля состояния детектора и высоковольтной системы мюонного субдетектора. Проводится обслуживание аппаратуры во время набора статистики. 2.Эксперимент НУКЛОН: Развита астрофизическая диффузионная модель транспорта космических лучей. Обработка данных по ускорению КЛ в магнитных полях. Опубликованы 2 печатные работы. 3. Эксперименты BM@N MPD/NICA: Завершена разработка механической конструкции, изготовлено 8 модулей STS BM@N совместно с ОИЯИ. Отлажено оборудование для производства леддеров. Изготовлен и протестирован прототип радиатора четвертой станции STS. Требуется корректировка конструкции и чертежей. Проведено тестирование на лазерном стенде всех пилотных образцов модулей. Тестирование детекторов центральной части не было сделано поскольку поставки детекторов заморожены немецкой стороной. Изготовлена несущая конструкции трековой системы. Изготовлен супермодуль (леддеров) трековой системы STS BM@N. Проведено частично исследование нового типа детектора с внутренним усилением ALTAI. Полное исследование провести оказалось невозможным из-за заморозки поставок. Изготовление прототипов модулей трековой системы MPD на базе монолитных активных пикселей ALTAI. 4. Эксперимент NICA/SPD: Подготовлена концепция эксперимента в части разработки трековой системы с учетом требований регистрации поляризации. Подготовка технических предложений (TDR). 5. Прикладные исследования: Развита методика и система анализа одиночных сбоев в ИМС и других изделиях ЭТ. Проведено испытание на пучке тяжелых ионов. | ||
| 9 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: Все запланированные работы выполнены в соответствии с техническим заданием. Опубликовано 83 печатных работы, сделано 12 докладов на конференциях различного уровня. | ||
| 10 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: | ||
| 11 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Разработка программно-аппаратных средств для экспериментов в физике высоких энергий |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".