SksMinus status 21

1. SksMinusstatus21 HB meeting 2009/2/23 白鳥昂太郎

2. Contents • SksMinus timing chart • Ge timing • Hyperball cabling • K1.8 area : Ground, cabling

3. SksMinus timing chart

4. SksMinus timing (from mass slit, central track)

5. SksMinus timing chart

6. PMT (transit time), DC (200 ns/cm) signal time

7. ケーブルの組み合わせ (“新規”ケーブルはrequest for support に申請中）

8. SksMinus timing chart (ADC or TDC time)

9. SksMinus timing chart (ADC or TDC time) Trigger A ~150 ns T ~100 ns T ~270 ns T ~220 ns A ~150 ns T ~100 ns T ~200 ns A ~180 ns T ~130 ns T ~200 ns T ~100 ns A ~140 ns T ~80 ns

10. Summary • Trigger timingはdelay調節で十分な範囲 • 最遅はSP0 (30 ns from BH2) ⇒Moduleのdelay等も考えるとBH2のtiming+100 ns辺りに triggerが来る(このくらいが妥当？) • Counter系 • ADC : Cable delayはOK。ADC gate調節 • TDC : Cable delayで調節? (40m cable : 200 ns) • DC系1 (MWPC encoder, MHTDC) • Common stopなので十分 • DC系2 (TKO, Dr.Ⅱ) • Dr.Ⅱの内部delay(200ns)で調節 Module delayまで考えて、もっと細かく？ + Hyperball-Jのtiming⇒調べる

11. Ge timing

12. 回路 PMT H7695 : 40ns Discri : 15ns 同長Cable Cable : 20ns BaF TFA: ~30ns CFD: ~40ns オシロ Cable :15ns Ge 973U : ~250ns • 60Coのg-g coincidenceで信号を見た ⇒BaF output⇔Ge TDC output : ~60 ns ⇒BaF output⇔Ge ADC output : ~250 ns • Discri⇔PMT out 時間差 : PMT信号の立ち上がり(edge付近) ⇔Discri logic • CFD⇔input 時間差 : CFD logic⇔TFA zero cross • TFA⇔input 時間差 : TFAの立ち上がり(edge付近)⇔PreAmp outの落ち始め

13. Timing g hit Ge TDCとのオシロでの時間差 : ~60ns PMT+Cable+Discri PMT+Cable PMT Ge ADCとのオシロでの時間差 : ~250ns PreAmp+Cable+973U PreAmp+Cable PreAmp PreAmp+Cable+TFA+CFD PreAmp+Cable+TFA PreAmp+Cable PreAmp

14. Ge output timing • Ge TDC : PreAmp + TFA + CFD = ~50 + ~30 + ~40 = ~120 ns • Ge ADC : PreAmp + 973U = ~50 + ~250 = ~300 ns (Timingを見てる場所が微妙なところなので、実際にgateに入るのは400 nsあたりから) +ラックまでのcable長になる ⇒15 m cableで計算 (75 ns)

15. SksMinus timing chart (ADC or TDC time) Trigger A ~150 ns T ~100 ns T ~270 ns T ~220 ns A ~150 ns T ~100 ns T ~200 ns A ~180 ns T ~130 ns T ~200 ns T ~100 ns A ~140 ns T ~80 ns A ~40 ns T ~170 ns T ~270 ns

16. Summary • Ge ADCは以外にシビア (973Uのtimingがテキトウではあるが) • 2nd level trigger用にCFD outを計数室に送る ⇒~250 ns (50 m)程度、timingが遅れる

17. Hyperball cabling

18. Hyperball2 cabling • 経験的に ⇒下手にグラウンドに落とす(落ちると)と上手く行かない (良いグランドが無い場合が多く、ground loopを誘発。但し、Hyperball2の電源をTR3の配電盤から取り、グラウンドを浮かせるとAC50V発生) • フレーム : 検出器を浮かせる • フレームが不明なグラウンドに落ちてしまう(地面の何か導体と接触) • 繋ぎ方 : 検出器とクレート間は一本に束ねたケーブルやグラウンドリボンで繋ぎ、出来るだけ周囲から浮かせ、一つの地点でグラウンドに落とす • 基本はケーブルの引き回し。アルミ作戦は最後にノイズを見ながら行う • ケーブル : 検出器と回路間のケーブルの引き回しは地面になってしまう • ラダーが設置されていない • Geケーブル(BNC)とBGOケーブル(Lemo, SHV)の長さが大きく異なる • ケーブルはHB2フレームに沿わせる

19. Hyperball2 @ CYRIC Target Room 3 • Hyperball2下部から、ケーブルがフレームに沿って、各検出器に繋がっている。気にしている点を列挙する。 • ケーブルは出来るだけ束にして検出器付近までもって行き、検出器に繋ぐ(コネクタの絶縁に注意) • ラックからも束にしてHyperball2側にケーブルを送る • ラックの各種クレート間は、フレームグラウンドをグラウンドリボンで繋ぐ • ケーブルは途中で互いにグラウンドが接触しないようにする(地面にコネクタが付かないようにする) • 検出器はフレームから浮かせる • Ge検出器とBGO検出器間も浮いている • 窒素配管と窒素タンクも絶縁(窒素管が銅なので電磁波を拾い、ノイズが乗った)

20. CYRIC Target Room 3 Hyperball2に関しては、図のような状況に近い状態になっている。 地面を這っているケーブルがラダーに乗れば、さらに良好な状態になると考えられる。 (但し、一部のBGO検出器の筐体はフレームと絶縁しているが、接触している地点もあり、完全にグラウンドが切り離されてはいない) ラック Ge検出器 BGO検出器 Beam line (cyclotron)のGround

21. Hyperball-Jに向けて • これまでの読み出し信号に加えて、冷凍機関係の配線や電源が加わる • 既存 : ADC, TDC, Reset, PreAmp, HV • 新規 : 冷凍機電源, 温度端子 • Areaにラックを設置か? (Timing関係以外は全てAreaに置く) • Shaping amp (973U, TFA), CFD • FERA : ADC, TDC • CAEN HV, PreAmp電源 • 冷凍機電源、温度端子 • PWO discri ⇒CFD信号とPWOのdiscri outをArea外に出して、TULでの信号処理や、triggerを組むのに使用 • グラウンドの接続 : フレームとは浮かせる (フレームが外部と接触して、グラウンドループになる可能性がある) ○Ge⇔冷凍機のグラウンド ×Ge⇔フレーム ×Ge⇔PWOフレーム ×PWO PMT⇔PWOフレーム or PWOケース⇔フレーム

22. Areaでの設置案 Areaラック : ADC, TDC, Reset, PreAmp, HV 冷凍機電源位置 : 冷凍機電源, 温度端子 冷凍機電源 Hyperball-J Areaラック Areaにラックを設置するならば、最低限のケーブル長で済む ⇒冷凍機電源とその他のラックは分けるか？

23. Hyperball-J配線(案) Hyperball-JにおいてもGe用の信号線やHV供給ラインは現行のHyperball2のように束にして配線すれば、ノイズは軽減できる。冷凍機電源の引き回しに注意。 ⇒テストベンチで同様の繋ぎ方をチェックしてみる 冷凍機 冷凍機電源ラック 電源 温度計 Ge検出器 Areaラック ADC TDC PWO 検出器 HV PreAmp Signal HV Ground

24. Hyperball-Jに向けて • これまでの読み出し信号に加えて、冷凍機関係の配線や電源が加わる • 既存 : ADC, TDC, Reset, PreAmp, HV • 新規 : 冷凍機電源, 温度端子 • Ge部屋のstudyではHVとPreAmpが良いグラウンドに付いていると、分解能は出る(旧Hyperball用Geにてcheck) • Areaにラックを設置 • 他のラックと切り離し、グラウンドは別に取る • 検出器のグラウンドの接続 : フレームとは浮かせる

25. K1.8 area cabling

26. コンセプト • 集積した情報から Hyperball2 @ KEK and CYRIC、NKS2、核理研テスト実験、 CYRICテスト実験… ⇒至る所をグラウンドに落とす(落ちると)と上手く行かない (良いグランドが無い場合が多く、ground loopを誘発) • 検出器とクレート間は一本に束ねたケーブルやグラウンドリボンで繋ぎ、出来るだけ周囲から浮かせ、一つの地点でグラウンドに落とす • 周囲に消せないノイズ源(磁石電源や加速器)がある場合に有効 • CYRICの経験上、たとえ加速器部分とGe検出器を繋げても全体のグラウンドにしっかり繋がっていればちゃんとノイズは落ちる • 基本はケーブルの引き回し。アルミ作戦は最後にノイズを見ながら行うと良い

27. SKS cabling : basic condition

28. SKS cabling : basic condition LC SDC3&4 AC1&2 TOF SDC1&2 BH2 BC3&4 検出器 ラック 信号ケーブル BC1&2 GC, BH1 HVケーブル

29. SKS cabling : points • 検出器のグラウンドをフレームに繋げ、フレームを浮かせる • 検出器のグラウンドをフレームに固定 • 磁石や地面(鉄骨)等から切り離す • 検出器と回路間のケーブルの引き回しはラダーに沿って行われる • ラダーからは空中配線になる • 落としどころ : Areaか計測室か? • Areaの場合 : Areaのラック部分 (ターゲット周辺) • 計測室の場合 : 計測室のラック部分 • 又は双方で落とす ⇒落とすもの : グラウンドがどうなっているかで現場で検討 • 少なくとも各ラック(Area、計測室両方)のケーブルを一体にして強固に全体のグラウンドを繋ぐ。出来ればグラウンドリボン等で補強 ⇒落としどころはこの後に現場で検討 (落とさないことも有り得る) • カウンター類はケーブルをひとまとめ(束)にする • 信号線がareaと計測室のグラウンドを繋ぐ(BNCケーブル) • DCについては各flatケーブルのシールドを強化。シールドのグラウンドへの接続を注意 • HVケーブルがareaと計測室のグラウンドを繋ぐ(SHVケーブル)

30. SKS cabling : detector connection • GC, BH1 : BNC, SHV • BC1&2 : Flat cable, SHV, ASD power • BC3&4 : Flat cable, SHV, ASD power • BH2 : BNC, SHV • SDC1&2 : Flat cable, SHV, ASD power • SDC3&4 : Flat cable, SHV, Amp discri • TOF, AC1&2, LC : BNC, SHV 黒 : 計測室 赤 : Area

31. Counter (PMT) : Ground connection 計測室ラック NIM-BIN: Discri TKO: ADC 太 Frame 太 PMT 太 Areaラック HV module AVR電源 (計測室用) 信号ケーブル Scinti HVケーブル Ground AVR電源 (Area用) PMT 状況はこれまでのKEKと同じ。核理研も同じ状況。 ケーブルを束にして一つのルートで送れば、ノイズは低減できる。 Ground

32. Counter (PMT) : Ground connection

33. Drift chamber : Ground connection 計測室ラック NIM-BIN: HV 細 Frame 太 ASD AVR電源 (計測室用) Areaラック VME : TDC Low V module 信号ケーブル HVケーブル DC Low V Ground AVR電源 (Area用) ASD DCの場合、計測室を結ぶ線が細い。Low Vの線がネック。 *HV側のグラウンドはDCのコネクター位置で抵抗が入っている Ground

34. Counter & DC : Ground connection 計測室ラック 太 細 Counter DC AVR電源 (計測室用) Areaラック 太 太 AVR電源 (Area用) 一見するとAreaで落とすのが良いが、Areaラックは2台あり、互いの結合も考える必要がある。さらに、検出器の位置は各磁気スペクトロメータの前後で、計４箇所である Ground

35. Rack : Ground connection BNC束 計測室ラック SHV束 SDC3&4 K1.8 beam line SKS GC BH1 AVR電源 (計測室用) TOF AC1&2 LC SDC3&4用 Flat cable束 BH2 SDC1&2 BC3&4 BC1&2 BNC束 Areaラック Flat cable束 AVR電源 (Area用) Areaラック AVR電源 (Area用) SHV束 Ground 愚直に繋ぐとこのように見えるはず。 Groundの経路は巡る ?

36. Beam line 計測室へ SDC1&2 • 各々の検出器のグラウンド(フレームは)は互いに浮かせて、ケーブルを介して繋がるようにする • 磁石から浮かせる • Area電源はどこになるのか？ • Hyperball-Jをこの状態にどう組み込むのか? BH2 BC3&4 Areaラック GC BH1 BC1&2

37. SKS 計測室へ • SKS 散乱側は比較的分かりやすい • Beamが当たる部分にラックが来る? Areaラック SDC3&4 TOF AC1&2 LC Beam lineから

38. Counting room K6のラックの状況 ここにdelay cableがくる 計測室ラック 計測室ラック Areaから

39. Rack : Ground connection Areaと計測室で、回路とHVが分かれているのでCounter用と、DC用でラックを分けてしまうのは？ 計測室とAreaでグラウンドが分かれる⇒感電の危険性? 計測室ラック Counter Discri, ADC用 Areaラック Counter HV用 GC, BH1 TOF,AC,LC BC1-4 計測室ラック DC HV用 Areaラック DC TDC用 SDC1&2 SDC3&4 計測室ラック SDC3&4 TDC用 Area ラック2 AreaのGround = 計測室のGround

40. SKS cabling : points • 検出器のグラウンドをフレームに繋げ、フレームを浮かせる • 検出器のグラウンドをフレームに固定 • 磁石や地面(鉄骨)等から切り離す • ケーブルが磁石等に触れないようにする(ノイズの拾い込みを避ける) • Counter (PMT)は経験上、問題点は少ない • 旧SKSと同じ状況で、ノイズはなくせる • DCは現場で注意深く配線とグラウンド接続を行う • DC本体のノイズ対策は、旧SKSよりも強化されている • 読み出し回路(ASD)やMWPC encoder等の変更点が多い • クレートにVME on board PCがある • 計測室ラックとAreaラックの接続に不安がある • 計測室に行くDC用HVが細い • ラック設置の際はAC電源のグラウンドと各クレートのグラウンドの接続を注意 • 基本的にラックでは、各クレートをフレームグラウンドで接続する

41. Plan and Summary • SKS area構築の際には、配線を注意深く行う必要あり • 配線方法自体はラダーの関係上、これしかない • 各検出器での絶縁やグラウンド処理がメイン • あと、工夫できるはクレートの分配方法の検討くらい • 意識の徹底 • SKS usersで議論や情報交換 • いかに良い検出器であっても、接続を誤れば酷いことになる