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MLF ミュオン施設での DAQ

MLF ミュオン施設での DAQ. 2005 年 10 月 14 日　 J-PARC にむけてのデータ収集ワークショップ. ミュオングループ　河村　成肇. PMT. 現在のシステム. 原子核実験的な R&D を必要とする実験では、 Rodem を用いず、 exp2k 単独での制御となる。. Event by event data. LeCroy TDC3377 K3929/K3976. NIM/ CAMAC. Exp2k on Linux. m - e 崩壊電子. SCSI. TCP/IP で 相互制御.

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Presentation Transcript

  1. MLFミュオン施設でのDAQ 2005年10月14日　J-PARCにむけてのデータ収集ワークショップ ミュオングループ　河村　成肇

  2. PMT 現在のシステム 原子核実験的なR&Dを必要とする実験では、Rodemを用いず、exp2k単独での制御となる。 Event by event data LeCroy TDC3377 K3929/K3976 NIM/ CAMAC Exp2kon Linux m-e崩壊電子 SCSI TCP/IPで 相互制御 Rodemにより、自動的に実験条件を変化させることができる。 m sample Rodem(LabView macro)on PC 実験条件制御　クライオスタット 　電磁石

  3. Paw++（CERN lib） Exp2k 現在のシステム TCP/IP Exp2k CAMACの制御、DAQ Linuxベース　オリジナルプログラム 温度、磁場制御機構の開発　△ Rodem 温度、磁場の制御 Windowsベース　LabViewのマクロ CAMAC制御機構の開発　△

  4. 現在のシステムの問題点 • NIM/CAMACを使っているため将来性がない。 • Exp2kとRodemという二つのデータ収集システムのどちらがメインか判然としない。 • Exp2kはLinux+CERN libを用いるため物性ユーザーにはなじみずらい。 • Rodemにはデータビューアの実装がない。 • Exp2kは様々な遠隔操作機能を実装、Rodemでもvcnなどを使えば一応可能。 • VMwareなど使えばいくらか緩和？

  5. J-PARCで問題となる点 • ビーム強度が上がる⇒パルスあたりのミュオン数の増加⇒検出器でのシグナルのパイルアップの問題⇒検出器の高セグメント化KEK booster 32-pair counters RIKEN-RAL 192 single counters J-PARC muon >1000 counters? ⇒コストの問題 • CAMAC(600ch程度が限界)を用いることは不可能

  6. Multi-anode-PMT PMT LeCroy TDC3377 K3929/K3976 NIM/ CAMAC NIM/ VME Exp2kon Linux UniDAQ? DMA DBサーバとの連携 統合計画でのシステム 第1段階　検出器の高セグメント化 Event by event data 第2段階　CAMAC⇒VMEへの置換 第3段階　DBサーバとの連携 m-e崩壊電子 TCP/IPで 相互制御 m sample Rodem(LabView macro)on PC 実験条件制御　クライオスタット 　電磁石

  7. J-PARCでの検出系の開発 • KEK共同開発研究として以下の開発を行っている。 • アバランシュフォトダイオードを用いた検出 • FPGAを用いたトリガーシステム • VMEベースのDAQシステム • 中村哲（東北大） • 河村成肇（KEK） • 宮寺晴夫、今尾浩士（東大）

  8. APDとは・・・ • 自己増倍機能を持った高感度光センサ光半導体素子を使って微弱光検出をする際のノイズ→検出回路のノイズAPDは検出素子自身に増倍機能がある→読み出し回路の雑音　1/10～1/100 • ダイオードのブレークダウン電圧以上に設定する→不安定な平衡状態 →光子の入射で一気にブレークダウンを生じ、ＡＰＤの接合間電圧が、ブレークダウン電圧まで一気に降下。このときパルス電流が発生し、それがさらに内部増幅(アバランシェ増幅)され大きなパルス電流を生む。 • アバランシェ：ｐｎ接合領域で、電子・空孔ペアが加速され、原子との衝突でさらに複数の電子・空孔ペアを作り出す過程。

  9. APDモジュール • APD素子＋プリアンプ 生シグナルとCFDを出力。 浜松ホトニクスと共同開発 新開発のAPDC4777-3939

  10. 波長依存性等への対策 通常のプラスチックシンチレーターの波長は青⇔ APDは赤外域に最大感度 • 580nm近辺で発光するプラスチックシンチレーターの採用(BC-430)。 • →Decay Constantが数倍悪い • APD素子のゲインの改造(×２～３)。 • →プリアンプのゲイン向上と併せて×10倍

  11. APDのジッターとデッドタイム コインシデンスを取った２台のAPDの時間の差を解析 35.8ns（rms）・・・1台のAPDでは25.3nsの時間分解能 信号間の間の時間を解析→デッドタイム 50ns・・・APDの出力シグナルのパルス幅(25ns)×2＝検出限界以下 時間分解能の測定 デットタイムの測定

  12. APDの耐磁場性能 1.9Tでもほとんどゲイン変化が見られない。

  13. APDを用いたmSR測定 APDを用いて得られたAlのmSRヒストグラム

  14. その他の開発状況 • Multi-anode PMT ⇒　第2実験室大オメガ用検出器に実装 • トリガー系の改良中間子施設では短期間（数日～数週間）に実験が入れ替わる　⇒　FPGAを用いたトリガー系の開発に着手（Verilog HDLベース） • VMEベースのDAQ（UniDAQ+AMT TDC）

  15. まとめ • 統合計画ミュオン実験施設でのデータ収集・制御システムの開発はまず検出器の高セグメント化、CAMACとVMEの置換から行う。（既にテスト的な作業は開始されている。） • 本当にVMEでよいのか？将来性は？ • DAQプログラムはどうするか？スクラッチ？外注？ • 第2段階としてDBサーバとの連携 • 職人技（？）の解析方法からの脱却 • 簡易な実験・解析システムの構築

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