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Large Scale Polarization Explorer -
LSPE
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Presentazione preventivi 2018
Giovanni Signorelli
INFN Sezione di Pisa
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5 Luglio 2017
CMB Observables • Monopole term: 2.725 K blackbody O(1) • Dipole term: 3.355 mK O(10–3) • Anisotropy: 100 µK rms O(10–4) • E-mode polarization: 3 µK rms O(10–6) • B-mode polarization:
Recall/News
• Decisioni “ASI-driven”
• STRIP (lo strumento a bassa frequenza
di LSPE) prenderà dati da terra
- selezionato il sito di Tenerife
- gruppi STRIP in INFN
• SWIPE volerà da solo con payload più
leggero dalle isole Svalbard
(10/06/2016)
- lancio invernale di fisica: inverno 2018
3
CORE
• In seguito alla Technical Evaluation (March 2017) CORE è risultato
“incompatibile” con le condizioni al contorno della call M5 (550 M€)
- CORE as a future L mission → unlikely
main issue: cost: more in the 900M€ than in the 700M€
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• LiteBIRD selezionato nel marzo 2017 come uno dei 28 progetti a massima
priorità dal Science Council of Japan
• Al momento c’è spazio per una collaborazione a livello europeo (al
momento c’è interesse da parte di UK, F, I, DE)
- Riunione a Cardiff 2 e 3 agosto p.v.
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lancio
svalbard
accessibili
via nave
bolometers
ready
integrazione
Anagrafica 2018
RICERCATORI • Art. 36 su fondi ASI/COSMOS
Giovanni Signorelli R.Loc. 0.70 • Vincitore A. Tartari da APC con
Alessandro Baldini 0.30 background in rivelatori criogenici/
Carlo Bemporad 0.00 bolometri/elettronica di lettura
Marco Grassi 0.30 !
Donato Nicolò 0.25 • Molto da imparare sulla parte di
Fabrizio Cei 0.20 elettronica (oltre ai circuiti
Luca Galli 0.10 superconduttori, controllo SQUID etc…)
art. 36 ASI/COSMOS 1.00 • Mantenere l’expertise sulla
spazializzazione
TECNOLOGI / TECNICI
• Aiuto da parte del servizio AT per la
Franco Spinella 0.20 preparazione dei prototipi e del piano
Ingegnere Meccanico 0.20 focale finale (bonding, incollaggi…)
Marco Piendibene 0.20
- Nuova macchina per litografia
DOTTORANDI! - Evaporazioni in casa
!Davide Vaccaro 1.00
• Progettazione meccanica per
l’adattamento del crate “à la AMS” a LSPE
TOTALE 3.45 • Disegnatore per miglioramenti al criostato
300mK
ALTRI SERVIZI • Officina meccanica per “aggiustaggio” e
Officina meccanica 2 m.u! piccole lavorazioni
Sevizio alte tecnologie !2 m.u! 6
Anagrafica 2018
RICERCATORI • Art. 36 su fondi ASI/COSMOS
Giovanni Signorelli R.Loc. 0.70 • Vincitore A. Tartari da APC con
Alessandro Baldini 0.30 background in rivelatori criogenici/
Carlo Bemporad 0.00 bolometri/elettronica di lettura
Marco Grassi 0.30 !
Donato Nicolò 0.25 • Molto da imparare sulla parte di
Fabrizio Cei 0.20 elettronica (oltre ai circuiti
Luca Galli 0.10 superconduttori, controllo SQUID etc…)
art. 36 ASI/COSMOS 1.00 • Mantenere l’expertise sulla
spazializzazione
TECNOLOGI / TECNICI
• Aiuto da parte del servizio AT per la
Franco Spinella 0.20 preparazione dei prototipi e del piano
Ingegnere Meccanico 0.20 focale finale (bonding, incollaggi…)
Marco Piendibene 0.20
- Nuova macchina per litografia
DOTTORANDI! - Evaporazioni in casa
!Davide Vaccaro • Progettazione meccanica per
2 laureati: 1.00
l’adattamento del crate “à la AMS” a LSPE
TOTALE Y. Venturini 3.45 • Disegnatore per miglioramenti al criostato
300mK
A. Iezzi
ALTRI SERVIZI • Officina meccanica per “aggiustaggio” e
Officina meccanica 2 m.u! piccole lavorazioni
Sevizio alte tecnologie !2 m.u! 7
Attività della sezione di Pisa
• Elettronica di readout “calda”
- Readout multiplexato dei sensori
- generazione delle portanti e demodulazione
- Hardware / Firmware
- Design e Architettura Termica
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• Interfaccia con elettronica di lettura “300mK-4K”
- “LC” board passiva a 300 mK
- Disegno e realizzazione dei filtri selettivi per il FDM litografati e superconduttori
per ottimizzare il Q
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• Test della catena bolometro-filtro-elettronica calda
- Upgrade della facility criogenica a 4K → 300 mK
- Necessaria in loco per ottimizzare il ciclo disegno→test→modifica
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• Simulazioni di radiazione
- Rate tollerabile nei detectors dato un ambiente ragionevole
- Utile alla finalizzazione del disegno del bolometro.
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Schema di detectors + readout
PI PI
GE
–80 ºC
Cyclone V 300 mK
/ G E
300 mK ? PI
15 mm
• Test della catena bolometro-filtro-elettronica calda
- Upgradato
Simon Chase
la facility criogenica a 4K → 300 mK con sistema 7He della
- Installato e testato. Da Febbraio 2017 il sistema arriva a 300 mK e li
mantiene per ~15 ore, controllo della temperatura sub-K
- Testati, in collaborazione con Genova, film di Titanio con diversi
trattamenti termici per studiarne la temperatura di transizione
12SQUID VTT
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• Misura della caratteristica e della banda con elettronica SUPRACON
- banda limitata dall’elettronica di lettura
13Prototipo circuito piano focale
• Prototipo di circuito per la lettura dei TES
Circuito per 54 TES
Piano Focale
To TES
300 mK
L
SQUID 14NEW
Nostra induttanza al SEM
16• Elettronica di readout “calda”
- Scheda progettata e in fase di montaggio
- Basata su MitySOM system on module plug-in board.
17Simulazione e analisi
• Abbiamo cominciato a collaborare coi colleghi di Ferrara (e RM1) per imparare
a fare le simulazioni e l’analisi.
• Davide Vaccaro, Fabrizio Cei
18Le Sezioni INFN Partecipanti
• Genova (F. Gatti, R. Naz.)
- Costruzione e test elettrico sensori bolometrici e dell’elettronica fredda (SQUID)
• Roma I (P. de Bernardis)
- Accoppiamento ottico e test ottico sensori bolometrici
• Roma Tor Vergata (A. Rocchi)
- Integrazione navicella e test pre-volo
- Contributi al telescopio di STRIP
• Pisa (G. Signorelli)
- Costruzione e collaudo elettronica di lettura sensori bolometrici → data flow
- meccanica, crate, integrazione in esperimento
- disegno e realizzazione dei filtri superconduttori risonanti
- integrazione nel piano focale
- Studio dell’effetto dei raggi cosmici sui rivelatori
• Ferrara (P. Natoli)
- map-making e analysis schooling
• Milano (M. Bersanelli)
- STRIP PI, elettronica…
19Richieste 2018
• Volo sia previsto nel 2018. Delivery è prevista a Jun/18
• Induttanze e piani focali:
• facility al NEST di “difficile accesso”
• messa in opera della macchina per litografia
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• Più volte reiterata la necessità di
• Laboratorio “vivibile”
• chiller porta il lab. MEG a una temperatura australe
• Spazio in camera pulita
• Spinner
• Macchina per litografia
• Piccolo banco lavorazioni/ispezione (microscopio, montaggi,
bonding)
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• Entrambe le esigenze non sono più rinviabiliRichieste 2018
• Montaggio dell’elettronica finale nel 2017/2018
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• supporto per bondaggi/montaggi/disegno di test
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• Richieste (da discutere con gli altri gruppi LSPE)
• Missioni (Svalbard + Italia) 22.0 k€ + 12.0 k€
• costruzione apparati 15.0 k€
• licenze software (SONNET) 2.5 k€
• test prototipi per satellite - consumo - mantenimento facility 20.0 k€
• inventario:
• SQUID readout magnicon 20MHz 10k€
• Upgrade sistema di pompaggio 15k€
• contributo a bonding machine manuale 10k€
• Microscopio (mono) per ispezione litografie 15k€
• calcolo (su sezione rappr. nazionale, insieme a COSMO_WN)FINE
• Launch around 2025-2027 23
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60 cm telescope 25
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Low and mid-frequency arrays
• lenslet-coupled “trichroic pixel” = broadband sinuous antenna + filters + TES
28High frequency array
• Antenne ortomodo litografate sensibilia alla polarizzazione lette da TES (AlMn)
oppure KIDs, accoppiati con feed-horn
- cfr. Premiale ASI/INFN
29Elettronica di Lettura
• SQUID coupled - Frequency Domain Multiplexing (cfr. LSPE) ~ 64x
3031
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→IPMU
33Collaborazione LiteBIRD
• Il satellite LiteBIRD è una missione strategica giapponese di tipo LARGE
- 300M USD
• Partecipazine US-NASA per la realizzazione dei due piani focali
- 65M USD
• Attualmente in fase A1 (Concept Design - iniziata ~2016 e due in Settembre 2018)
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• Apertura da parte giapponese per una collaborazione
• Europe take charge of the High Frequency Telescope (except focal plane)
- Coordinamento a livello europeo
- Coordinamento a livello italiano (ASI/COSMOS, N. Vittorio)
- R. Battiston contatti con ISAS/JAXA
- Contact points: N. Vittorio, P. de Bernardis, M. Bersanelli, GS.
• ESA/JAXA MoU?
• ASI/JAXA MoU?
- Contacts: Masashi Hazumi (KEK/IPMU) and Tadayasu Dotani (ISAS/JAXA)
34Expertise per LiteBIRD
• Disegno del telescopio HFT
• disegno optomeccanico
• fabbricazione e criostest
• rotatore criogenico per la lamina a mezz’onda
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• Calibrazione e test
• crio-calibratori
• caratterizzazione del beam polarizzato
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• Elettronica e “DAQ”
• disegno e implementazione dell’elettronica fredda
• disegno ed implementazione dell’elettronica warm
• test/clean room integration elettronica e detectors
• caratterizzazione alle radiazioni
• TES / KIDs
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• Simulazione ed analisi dati
35Conclusioni
• CMB è stato più volte segnalato come una delle pochissime iniezioni di novità
dopo WhatNEXT
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• C’è una comunità che sta crescendo come tale, a livello europeo, italiano e INFN
• grosse opportunità per contribuire con il nostro expertise ad un campo non
tradizionalmente mainstream
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• È probabilmente (ragionevolmente) l’ultima possibilità per un esperimento
spaziale per la ricerca dei modi B con possibile coinvolgimento europeo
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• Stiamo investigando con il PI giapponese i possibili contributi, anche in sharing
con altri gruppi europei
• teleconferenza M. Hazumi
• Riunione a Cardiff 2 e 3 agosto p.v.
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• In complemento siamo in attesa di sapere i risultati della call H2020-InfraDev per
la costruzione di un osservatorio da terra con 100k-rivelatori (E4) in sinergia con il
progetto S4 negli USA - risultati attesi dopo l’estate.
36Schema del readout
PI PI
GE
Cyclone V
GE
?
37Schedula Pisa
• Produzione e test in due tempi
INFN Pisa schedule
Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobr
2016 2016 2016 2016 2016 2016 2016 2016 2016 2016 2016 2016 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017 2017
A. Upgrade Test Facility Test Facility Ready
A.1 Delivery stadio 300 mK
A.2 Disegno Adattatore Gara Adattatore
A.3 Delivery Adattatore
A.4 Montaggio Adattatore 4K
A.5 Montaggio Stadio 300mK
A.6 Test Test Facility Ready
B. Induttori
B.1 Definizione tipo induttanza Definizione tipo induttore
B.1.1 Misure monostrato
B.1.2 Misure tristrato
B.2 Produzione Induttori
B.2.1 Monostrato (3/w)
B.2.2 Tristrato (1/w) I piano focale II piano focale
C. PCB Piano Focale Decisione SQUID @300mK
C.1 I prototipo
C.2 Disegno/produzione finale Delivery of TES
C.3 Test di massa (1/w) I piano focale II piano focale
D. Elettronica calda
D.1 ADC Prototype board ADC Pronto
D.2 DAC Prototype board DAC Pronto
D.3 Firmware
D.3.1 Generazione
D.3.2 Demodulazione 1 catena completa funzionante stima risorse
D.3.3 Funzioni Accessorie Test of TES set-point
D.3.4 DAQ
D.4.1 Disegno Scheda I prototipo II prototipo
D.4.2 Routing
D.4.3 Produzione
D.5 Test sistema completo Elettronica SQUID GE test
E. Meccanica
E.1 Disegno meccanico Ripresa del disegno
E.2 Produzione
E.3 Assemblaggio Delivery at assembly place
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