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CMS a Frascati

CMS a Frascati. Stefano Bianco A nome del gruppo di Frascati. M.Bertani S.Bianco M.A.Caponero D.Colonna F.L.Fabbri F.Felli M.Giardoni A.LaMonaca M.Pallotta A.Paolozzi L.Passamonti. OUTLINE. Motivazioni

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  1. CMS a Frascati Stefano Bianco A nome del gruppo di Frascati M.Bertani S.Bianco M.A.Caponero D.Colonna F.L.Fabbri F.Felli M.Giardoni A.LaMonaca M.Pallotta A.Paolozzi L.Passamonti Frascati in CMS - CSN1 - SB

  2. OUTLINE • Motivazioni • La storia del gruppo - esperienze e responsabilita' HW - esperienze e responsabilita' SW - Principali risultati di analisi • Le responsabilita' in BTeV • Report sul lavoro svolto (settembre 2005-marzo 2006) • turni QC general tecnica • lavoro sul gas system • cabling muoni • risultati preliminari analisi SEM e EDS • Attivita` • Richieste economiche • Conclusioni Frascati in CMS - CSN1 - SB

  3. 1.MOTIVAZIONI • Il gruppo di Frascati ex-BTeV propone di unirsi alla collaborazione CMS al collisore LHC del CERN, rispondendo positivamente all’offerta ricevuta di partecipare al rivelatore RPC dei muoni. • Questa decisione e’ motivata da: • Interesse nella fisica ai collisori adronici; • Opportunita’ di contribuire a tutte le fasi di costruzione del rivelatore RPC, partecipando ai Quality Control presso il sito di costruzione (General Tecnica), all’installazione e al commissioning al CERN; • Interesse in future attivita’ di software. • Interesse in future attivita’ di analisi. • Interesse ad assumersi responsabilita’ di un progetto proporzionato a dimensione ed expertise del gruppo (ad es. il sistema di gas gain monitoring). Frascati in CMS - CSN1 - SB

  4. Il gruppo (6.1/9 ric, 0.8/2 tecnol) M.Bertani1 (40), S.Bianco1 (80), M.A.Caponero2 (40), D.Colonna3 (dott.) (100), F.L.Fabbri1 (70), F.Felli3 (100), M.Giardoni1 (50), A.LaMonaca1 (40), M.Pallotta1 (30), A.Paolozzi4 (40), C.Pucci4(laur.)(100) 1)Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN 2) Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN e ENEA Frascati 3) Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN e Facolta’ di Ingegneria Roma1 4) Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN e Scuola di Ingegneria aerospaziale Roma 1 Frascati in CMS - CSN1 - SB

  5. DOVE SIAMO • 19 dicembre 2005 CMS accetta Frascati (sj all’approvazione INFN) • 26 gennaio presentazione al Consiglio Laboratorio Frascati  parere positivo “ Opinione personale del Direttore favorevole all’apertura sigla, condivisa dal CL.” dalle minute del Rapp. Ric., in attesa di verbale ufficiale. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  6. RISORSE @ FRASCATI • Accesso all’officina per piccoli lavori meccanica, carpenteria supporto gas gain monitoring (1mu) • Supporto tecnico 1.5 FTE di cui: • 0.5 FTE tecnico elettronico per assistenza installazione e commissioning • 0.5 FTE tecnico meccanico per assistenza installazione e commissioning • 0.5 FTE tecnico elettronico per sviluppo gas monitor Frascati in CMS - CSN1 - SB

  7. 2.STORIA DEL GRUPPO Il nucleo del gruppo si forma negli anni 80 con NA1 al CERN, poi FOCUS a Fermilab, LVD al Gran Sasso, BTeV di nuovo a Fermilab. Ha partecipato alle fasi di prototipizzazione di KLOE, ed e’ responsabile del rivelatore a straw di FINUDA. L’esperienza di rivelatori e’ concentrata sulla calorimetria em (NA1, FOCUS, KLOE) e strawtubes (FINUDA, BTeV). Tradizionale interesse nella spettroscopia degli Heavy Flavours (FOCUS). Forte impegno nella analisi di FINUDA (spettroscopia ipernucleare). Responsabilita’ nel calcolo di FOCUS e FINUDA. Un piccolo gruppo dove sono presenti insieme competenze di SW e di HW. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  8. NA1-NA27 (1980-1987 circa) • Responsabilita` del Front Shower emcal (Pb-scintillatore 500 chnls) (Fabbri, Passamonti, Giardoni) • Analisi dati p0 ed elettrone • Contributo prima misura elettronica lifetime charmed mesons e analisi fattori di forma (Fabbri) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  9. E687-FOCUS (1985-2000) • Responsabilita` Outer emcal (1100 chnl Pb-scintillator, high-segmentation lateral and longitudinal) (Fabbri) • Responsabilita` SW di ricostruzione p0 e identificazione elettroni (Bianco) • Responsabilita’ di due skim di secondo livello (em, diffractive physics) (Bianco) • Convener working group calorimetria (Bianco) • Responsabile nazionale dal 1999 al 2002 (Bianco) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  10. E687-FOCUS Analisi di Frascati • BR semielettronici Phys.Lett.B382:312-322,1996.(Bianco) • Dalitz plot con p0Phys.Lett.B331:217-226,1994.(Bianco) • Spettroscopia L=1 D** e evidence di broad states DJPhys.Lett.B586:11-20,2004.(Bianco, Fabbri) • Spettroscopia light quarks e observation del “6-pion dip” r(1900) Phys.Lett.B514:240-246,2001.(Bertani, Fabbri) • Review charm physics Riv.Nuovo Cim.26N7:1-200,2003.(Bianco Fabbri Bigi Benson) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  11. ATTIVITA’ SCIENTIFICA NEGLI HEAVY FLAVOURS • Founding members di HQ@FT (6 Edizioni) ora HQL (2 edizioni), Frontier Science (4 edizioni) (Bianco,Fabbri) • Organizzazione conferenze in serie internazionali (ICCHEP, Phys in Coll, HADRON) e locali (DAFNE,DIF) (Bertani Bianco Fabbri LaMonaca) • Presenza in IAC: HQL (Fabbri, Bianco), Phys in Coll (Fabbri), ICCHEP (Fabbri), HADRON (Bianco) • Series Editor di Frascati Physics Series (38 volumi) (Bianco) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  12. KLOE (1991-1995) • Prototipizzazione emcal Pb-SCIFI, prima misura risoluzione head-on con fotoni di bassa energia (20MeV) Nucl.Instrum.Meth.A332:444-458,1993(Bianco, Fabbri, Passamonti, Giardoni) • Prototipizzazione di moduli Pb-scintillatore curvati per le endcap di KLOE(Bianco, Fabbri, Passamonti, Giardoni) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  13. FINUDA (1994-now ) • Responsabilita’ straw tube detector[Fabbri] • Sviluppo front-end electronics [L.Passamonti] • Prototyping (Passamonti Giardoni Bianco Fabbri) • Technical coordinator (1994-1999) [F.L.Fabbri] • Sviluppo codici ricostruzione, pattern recognition straw tube, MC [M.Bertani] • Calibrazioni temporali straw tube [F.L.Fabbri,M.Bertani] • Responsabilita’ analisi ipercarbonio [M.Bertani] • Responsabilita’ cabling,database,racks,counting room [S.Bianco] • Sensori FBG nei rivelatori microstrips di silicio [M.Caponero] • Responsabilita’ allineamenti ottici microstrip [M.Pallotta] Frascati in CMS - CSN1 - SB

  14. 3. Attivita’ sperimentale in BTeVSTRAW-MICROSTRIP SPECIAL MODULE MOX • Nell’esperimento BTeV il nostro gruppo ha ideato, proposto e sviluppato l’integrazione strawtube-microstrip nel tracciatore in avanti, introducendo la soluzione innovativa di straw incollati in una matrice di rohacell senza tensione meccanica. • La proposta del modulo speciale MOX e’ stata accettata, modificando il baseline design del rivelatore a straws • Abbiamo introdotto tecnica innovativa di tomografia per controllo circolarita’ degli straws 130mm • Pubblicazioni • 1) A NOVEL APPROACH FOR AN INTEGRATED STRAW TUBE-MICROSTRIP DETECTOR.E. Basile et al.. LNF-05-32-P, Dec 2005. 11pp. IEEE Trans.Nucl.Sci. 53, n.3, June 2006 e-Print Archive: physics/0512257 • 2) TWO AND THREE-DIMENSIONAL RECONSTRUCTION AND ANALYSIS OF THE STRAW TUBES TOMOGRAPHY IN THE BTEV EXPERIMENT.E. Basile et al.. LNF-05-31-P, Dec 2005. 7pp. Presented at 9th ICATPP Conference on Astroparticle, Particle, Space Physics, Detectors and Medical Physics Applications, Villa Erba, Como, Italy, 17-21 Oct 2005. e-Print Archive: physics/0512256 • 4) AN UNCONVENTIONAL APPROACH FOR A STRAW TUBE-MICROSTRIP DETECTOR.E. Basile et al.. LNF-04-25-P-, Dec 2004. 8pp. e-Print Archive: physics/0412100 • 5)Study of Tensile Response of Kapton and Mylar Strips to AR and CO2 Mixtures for the BteV Straw Tube Detector • E. Basile et al.. LNF-04-5-P-, Jan 2004. 8pp • 6) Status of BTeV experiment at the Fermilab Tevatron • S.Bianco (for the BTeV Coll.) LNF-04-1-P- presented at Vienna 2003 Physics at LHC. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  15. Fixed frame Sliding frame Attivita’ sperimentale in BTeVSensori FBG e Omega-like device • Abbiamo anche introdotto per la prima volta la tecnica dei sensori Fiber Bragg Grating nella fisica delle particelle, impiegandole in FINUDA per la prima volta, e generalizzandone l’uso negli straw, microstrip e pixel di BTeV. • La tecnica e’ stata illustrata a CMS PIXEL ed ascoltata con interesse. T correction No tails • Pubblicazioni • 13) MICROMETRIC POSITION MONITORING USING FIBER BRAGG GRATING SENSORS IN SILICON DETECTORS.E. Basile et al.. LNF-05-30-P, Dec 2005. 5pp. Presented at 9th ICATPP Conference on Astroparticle, Particle, Space Physics, Detectors and Medical Physics Applications, Villa Erba, Como, Italy, 17-21 Oct 2005. e-Print Archive: physics/0512255 Frascati in CMS - CSN1 - SB

  16. Responsabilita’ e attivita’ in BTeV • Responsabilita` • Straw tube module MOX level 3 manager (Fabbri) • Pixel, microstrips, straw FBG alignment (Caponero) • MOX CFRP structure (Paolozzi) • Attivita` • Test beams (LaMonaca) • MOX module (Bianco,Giardoni,Passamonti) • Allineamento, cabling, servizi (Colonna) • Analisi strutturali, SEM, EDS (Felli) • FEA (Paolozzi,Pucci) • MC (Bertani) • FBG (Caponero, Colonna, Pallotta) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  17. Nel febbraio 2005 il DOE degli USA chiude BTeV per mancanza di fondi • Partono subito contatti per individuare una attivita’ significativa • La soluzione ideale viene trovata nella proposta di collaborazione in CMS Frascati in CMS - CSN1 - SB

  18. 4. STATUS REPORT ATTIVITA’ CMS RPCsettembre 2005 – marzo 2006 • Turni QC a General Tecnica • Gas system • Analisi SEM-EDS • Installazione e cabling muons • Conceptual design gas monitor Frascati in CMS - CSN1 - SB

  19. 4.1 LNF located at ~80km from RPC production site Frascati in CMS - CSN1 - SB

  20. Quality Control alla General Tecnica(Colli, FR) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  21. SG Personale di Frascati e’ in turno GT da settembre 2005 • SETTIMANE DI TURNI DI TRAINING • 26/9, 14/11, 21/11, 28/11 • SETTIMANE DI TURNI EFFETTIVI • 19/12, 13/1, 20/3, 17/4 Frascati in CMS - CSN1 - SB

  22. 4.2. Riassunto attivita’ al CERN gennaio 2006 sul sistema gas (vedi memo 19 feb 2006) Sotto l’occhio vigile di Marcello A. e la consulenza di Roberto G. • Sistema gas Closed Loop • Analisi Gas Chromatograph Frascati in CMS - CSN1 - SB

  23. CMS RPC CL system • Sistema CL necessario per ridurre consumo di gas • Ricircolo completo impossibile, circa 10% nuova mix • Sistema CERN (F.Hahn) poco documentato • Attualmente in uso all’ISR test area, da utilizzare a UXC5 • Tre filtri poco documentati • 1 Copper HV63-HV64 • 2 Nichel ( Ni-Si-O2) HV65-HV66 • 3 Molecular sieve 5micron HV61-HV62 • Abbiamo contribuito prendendo misure in varie configurazioni Frascati in CMS - CSN1 - SB

  24. Element N2/O2 CO2 SF6 H2O C2H2F4 C4H10 Area % 0.057 0.005 0.461 0.277 92.203 6.878 Time [min] 0.318 0.377 0.420 0.632 0.725 2.833 Gas ChromatographCHROMPACK CP2002P • Una unica colonna ottimizzata per RPC mix (isobutano) • Calibrazione con RPC mix e aria • Tipico GC C2H2F4 SF6 C4H10 Frascati in CMS - CSN1 - SB

  25. 4.3 Attivita` di cabling ed installazione DT+RPC Barrel (Colonna) • sfruttando esperienza maturata in BTeV D.Colonna ha riempito un ruolo decisivo accettando di occuparsi della gestione e controllo cabling di tutti i rivelatori muoni barrel. In particolare: • RPC cables • Organization work at ISR for RPC cable • Labelling HV, LV, DCS cable: team technicians (at ISR) • Skew test SGN cable: technician (at ISR) • Cad design documents for installation RPC cable • Check radial, peripheral and rack installation • DT cables • Check radial, peripheral and rack installation • In future, cad documents for installation DT cable for negative wheel. • L’attivita’ di D. Colonna al CERN si e’ resa possibile grazie ad un PJAS. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  26. 4.4 Analisi SEM-EDS di radiation damage(Felli, LaMonaca) • Iniziata (F.Felli, A.LaMonaca) campagna di misure • SEM/EDS per studiare radiation damage di RPC pads esposte • alla GIF • PRESENTIAMO RISULTATI PRELIMINARI SU: • Analisi bachelite non oliata • PASSEREMO SUCCESSIVAMENTE ALLE: • Analisi bachelite oliata in gap non irraggiata • Analisi in gap irraggiata Frascati in CMS - CSN1 - SB

  27. 0,5 mm 0,5 mm 0,5 mm 0,5 mm Analisi bachelite non oliataFoto con stereomicroscopio Frascati in CMS - CSN1 - SB

  28. Foto SEM ed analisi EDS, BACHELITE NON OLIATA Campione 9629 lastra singola senza olio,metallizzato con grafite, tensione 10KeV Frascati in CMS - CSN1 - SB

  29. Analisi SEM-EDS di radiation damage(Felli, LaMonaca) • Siamo in grado di fornire il gruppo RPC di strumenti • di indagine quantitativa e di expertise specifica, • entrambi utili nello studio del radiation damage e, • piu’ in generale, dell’ingegneria dei materiali • PASSEREMO SUCCESSIVAMENTE ALLE: • Analisi bachelite oliata in gap non irraggiata • Analisi in gap irraggiata Frascati in CMS - CSN1 - SB

  30. 5.CMS RPC Gas Monitor • Il gas e’ una componente molto importante delle RPC • E’ necessario un sistema di monitoring del punto di lavoro delle RPC che sia capace di fornire una risposta piu’ veloce e piu’ sensibile delle RPC di CMS • Monitor continuo di efficienza e di carica • Se il punto di lavoro cambia, il sistema rilascia una condizione di warning e sistemi DCS (GC, sensori p/T/RH/pH) verificano a cosa sia dovuto il cambiamento di punto di lavoro Frascati in CMS - CSN1 - SB

  31. CONCEPTUAL DESIGN BASELINE • DESIGN PARAMETERS • Monitoring continuo del punto di lavoro • precisione 1% • BASELINE • monitoring del punto di lavoro di efficienza e carica • con cosmici (20Hz / pad) nel gas building • Tre sottosistemi di RPC pads 50x50 nello stesso telescopio • REFERENCE con gas clean open-loop • MONITOR “OUT” con gas closed-loop dopo CMS-RPC • MONITOR “IN” con gas closed-loop dopo purifiers e prima di CMS • continuous monitor di curva di efficienza • continuous monitor di carica • multiplexed monitor su half-wheel gas lines Frascati in CMS - CSN1 - SB

  32. Many “small” peaks C2H2F4 Iso-C4H10 Water peaks Roma 30/3/2006, meeting with INFN referees CMS Barrel RPC COMPLEMENTARITA’ DI ANALISI CHIMICA e MONITOR GC rivela serie di picchi spuri incogniti senza fornire informazioni sul punto di lavoro. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  33. CONCEPTUAL DESIGN OPTIONS • OPZIONI • Monitoring del punto di lavoro di carica con source • Monitoring del punto di lavoro di carica con UV laser source • fibra ottica inserita nell’input del gas alla rpc gap oppure • iniettata con finestra in quarzo • Running in USC5 (Service cavern) • PROS: stessa p • CONS: a lot ! Rate cosmici insufficiente. Differenza di T. Zona • controllata, accesso piu’ difficile. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  34. UXC5 RPC Gas Monitor conceptual design VENT RPC TRIG1 RPC TRIG2 Slow Ctrl GC, p/T/RH/Ph MONITOR RPC PAD MON1 RPC PAD MON2 RPC PAD MON3 RPC PAD MON4 VENT CMS RPC PAD MON5 MPX RPC PAD MON6 PURIFIERS half wheel lines REFERENCE VENT RPC PAD REF1 RPC PAD REF2 C2H2F4/SF6 /i-C4H10 /H2O VENT RPC TRIG3 RPC TRIG4 SGX Bldg Frascati in CMS - CSN1 - SB

  35. READOUT OF GAS MONITOR RPC PADS READOUT PAD to ADC READOUT PAD to TDC LAYOUT LETTURA GAS MONITOR RPC 50x50cm2 PADS Disegno courtesy of Anulli et al (BaBar) NIM A515(2003)322 Frascati in CMS - CSN1 - SB

  36. From pad ToTDC 100 ns dead time Impedance adapter Amplifier Discriminator Driver Input chge 20fC Impedance adapter ( Ro= 80 ohm) Amplifier: Fast rise, charge sensitivity 1,0 - 2,0 mVolt / fC, low noise Discriminator  : constant fraction Driver: ECL TDC: VME 50ps/ch READOUT (1) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  37. From pad ToADC Impedance/filter adapter Amplifier Stretcher Driver Input chge ~~20fC Imp./filter adapter ( Ro= ~80 ohm) Amplifier: Fast rise, A=~1000, low noise Driver: 50 ohm ADC: VME 100fC /ch READOUT (2) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  38. MONITORING DI CARICA P.Camarri et al, NIM A414(1998)317 Segnali di mip molto chiari nelle RPC pad forniscono monitoring del punto di lavoro S.Nuzzo 2006 AVALANCHE Frascati in CMS - CSN1 - SB

  39. MONITORING DI EFFICIENZA knee +200 -200 RPCMONi alimentate singolarmente per monitoring sul e fuori del ginocchio Frascati in CMS - CSN1 - SB

  40. DAQ architecture for the CMS RPC Gas MonitorBASELINE CAEN HV system PVSS PVSS Pressure, temperature & humidity sensors CMS SlowControl SOAP VME modules for RPC pads readout • Controller VME CAEN • ADC V965 • Scaler V830AC - 32 Channel 32 Bit • Crate VME8002 MINI VME64 09 SLOT • TDC V775NC - 16 Ch 50/300 ps xDAQ Frascati in CMS - CSN1 - SB

  41. PVSS CMS SlowControl DAQ architecture for the CMS RPC Gas MonitorOPTION CAEN HV system PVSS Pressure, temperature & humidity sensors VME modules for RPC pads readout • Controller VME CAEN • ADC V965 • Scaler V830AC - 32 Channel 32 Bit • Crate VME8002 MINI VME64 09 SLOT • TDC V775NC - 16 Ch 50/300 ps Frascati in CMS - CSN1 - SB

  42. GAS MONITOR SCHEDULE Frascati in CMS - CSN1 - SB

  43. 6. SW tasks • Nello sviluppo del gas monitor saremo portati ad affrontare e risolvere problematiche relative a Slow Control e Monitoring (DCS, PVSS, etc.) pertanto sara’ naturale contribuire in futuro in quella direzione. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  44. 6. RICHIESTE 2006 • 1.Miss.Int........................................... TOT 35 1.1 Turni di QC alla General Tecnica....15 Sono previsti turni di una settimana ogni 4 settimane, con due persone. 0.900kE * 8turni (6mesi * 1settimana ogni tre settimane) * 2 1.2 Meeting collaborazione e riunioni sottogruppi .........................203partecipanti * 0.7kE * 9 meeting • 2.Miss.Est................ TOT............................ 110 2.1 Riunione CMS weeks muon weeks 2mu/fte......602.2 attivita' ISR, installazione 6mu + gas gain monitor 4mu...50 3.Consumi TOT........................................... 31 3.1 metabolismo gruppo 2kE/FTE..................12 3.2 consumi installazione SX5, attivita' ISR ....9 3.3 sistema gas a Frascati(tubing, flowmtr,joints,.10 4. Gas monitoring TOT...................................... 55 Frascati in CMS - CSN1 - SB

  45. RICHIESTE GAS MONITORbreakdown IVA ESCLUSA Frascati in CMS - CSN1 - SB

  46. 7. CONCLUSIONI (1) • Intendiamo unirci a CMS, rispondendo affermativamente • alla proposta fatta dal gruppo CMS RPC. Siamo motivati dalla • fisica alle macchine adroniche alla energy frontier, e dalla • possibilita’ offertaci di inserirci in tutte le fasi di realizzazione del • detector a partire dai controlli di produzione alla messa in opera. • Il nostro gruppo ha una storia di attivita’ sperimentale, • con responsabilita’ di detector impegnativi sempre • accompagnata da solida attivita’ di software, finalizzata • in risultati di analisi significativi. • Il gruppo attuale e’ in gran parte frutto dell’esperienza BTeV, • nella quale abbiamo iniettato soluzioni innovative e • tecnologicamente avanzate (MOX, FBG, etc). Frascati in CMS - CSN1 - SB

  47. 7. CONCLUSIONI (2) • Siamo stati ammessi in CMS nel dicembre 2005, tuttavia • la nostra attivita’ e’ iniziata sin da settembre con i turni • di quality control alla General Tecnica. Durante questi mesi ci • siamo inseriti in modo sempre piu’ approfondito nelle • problematiche, risolvendo anche problemi aperti quali il cablaggio • dei rivelatori a muoni e l’analisi SEM-EDS. Abbiamo sviluppato • progetti concettuali del task assegnatoci e siamo pronti a passare • alla fase di progetto esecutivo. • Chiediamo alla CSN1 apertura della sigla e finanziamento. Frascati in CMS - CSN1 - SB

  48. SPARE Frascati in CMS - CSN1 - SB

  49. FINUDA analisi a Frascati (Bertani) FINUDA: 1.29 MeV FWHM PLB622(2005)35 pL • Spettroscopia degli stati ipernucleari nel 12C con risoluzione di 1.29 MeV FWHM migliore che a KeK. sL K-stop + 12C12LC+p- • Spettri neutroni e protoni dal decadimento non mesonico della L, rilevante per verifica validita’DI=1/2: • Counts / 10 MeV) • Counts / 10 MeV) Λp  pn, Λn  nn to be submitted to PLB (2006) C12 proton energy (MeV) C12 neutron energy (MeV) Frascati in CMS - CSN1 - SB

  50. CMS all’acceleratore LHC del CERNhttp://cmsinfo.cern.ch/Welcome.html/ Frascati in CMS - CSN1 - SB

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