j-parc/mlf の実験データ収集システム
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J-PARC/MLF の実験データ収集システム
日本原子力研究開発機構J-PARC センター
中谷 健
2012/1/28 次世代データ収集システム研究会
内容
• J-PARC/MLF の実験装置• MLF のソフトウェアコンポーネント
– ソフトウェアフレームワーク IROHA• データ収集システム
– システム構成– DAQ モジュール群– イベントレコーディング
• まとめ
物質・生命科学実験施設Materials and Life Science
Experimental Facility
ハドロン実験施設Hadron Beam Facility
ニュートリノ実験施設
Neutrino to Kamiokande
核変換施設Nuclear
Transmutation
大強度陽子加速器施設( J-PARC )
J-PARC = Japan Proton Accelerator Research Complex
Joint Project between KEK and JAEA (former JAERI)
50 GeV Synchrotron(0.75 MW)
3 GeV Synchrotron(25 Hz, 1MW)Linac
(350m)
500 m
中性子実験装置
ミュオン実験装置
中性子ターゲット
Neutron Beam Lines23 中性子ビームライン
散乱中性子
陽子ビーム
陽子ビーム
物質・生命科学実験施設( MLF )
MLF 実験装置群
SOFIA (KEK)
大観 (JAEA)
HRC (KEK)
SuperHRPD (KEK)
Muon D2 (KEK)
ANNRI (Tokyo Tech. U., JAEA, Hokkaido U.)
千手(JAEA)
写楽(JAEA)
SPICA(NEDO, KEK)
VIN_ROSE(Kyoto U.,
KEK)
PLANET (U. of Tokyo, JAEA)
NOBORU (JAEA)
iBIX (Ibaraki Pref.) 四季
( JAEA, KEK, Tohoku U. )
NOVA (NEDO, KEK )
Muon U (KEK)
アマテラス (JAEA)
DNA
(JAEA)
Muon D1 (KEK, JAEA)
iMATERIA (Ibaraki
Pref.)
匠 (JAEA)
NOP (KEK)
中性子実験装置: 19 台ミュオン実験装置: 3 台
HRC
NOPNOBORU
ANNRI四季
iBIX
PLANET
SuperHRPDSPICA
DNA
NOVA
iMATERIA
アマテラス
SOFIA
匠
千手
大観写楽
共通ソフトウェア実験制御
機器制御
DAQ ミドルウェア
DAQ System
Device
共通ライブラリ解析“ Manyo-Lib”
非弾性
粉末回折
残留応力
装置依存ライブラリ .
単結晶
統合インターフェースワーキングデスクトッ
プ
制御スクリプト
解析スクリプト
共通ソフトウェア可視化
2 次元 >3 次元
3 次元
API ライブラリストレージシス
テム
NeXus File メタデータ
ネットワークストレージ
共通インターフェースシミュレーション
シミュレーター
第 1 原理計算
共通インターフェースデータベース
制御ログ
解析ログ
機器監視
遠隔解析
実験データ
XML/HTTPDAQ エレクトロニクス
機器制御器
ソフトウェアフレームワーク
“IROHA”
Python
外部機関
MLF ソフトウェアコンポーネント
機器制御ミドルウェア
DAQ SystemDAQ electronics
Device
UI デバイス管理 デバイス制御
WorkingDesktop
デバイス管理サーバー
DAQ ミドルウェア
運転制御スクリプト
7
IROHA を通した測定の流れ
Serverprocess
User made
Equipmentcontrollers
IROHA と制御ミドルウェア間の XML メッセージ ( 1 )
制御ミドルウェア
URI : http://ContSv/Dev/ParamsHTTP POSTMINE : text/xmlParameter :<params>config.xml</params>
HTTP/1.1 <status>OK</status>
Working Desktop / IROHA
8
DAQ.params(“config.xml”)
IROHA と制御ミドルウェア間の XML メッセージ ( 2 )
制御ミドルウェア
URI : http://ContSv/Dev/StatusHTTP GETMINE : text/xml
HTTP/1.1<status>OK</status><devStatus>Ready</devStatus>
Working Desktop/ IROHA
9
DAQ.status()
10
IROHA
データ収集システム
DAQ MiddlewareGatherer
DispatcherLogger
Monitor
DAQ Operator
SiTC
P
SiTC
P
SiTC
P
SiTC
P
SiTC
P
SiTC
P
SiTC
P
WebServer
デバイス管理 XML/HTTP
Begin
Configure
End
DAQStatus
WorkingDesktop
XML End
Status
Begin
Usermodule
Commonmodule
データ集積モジュール( NEUNET )
• 8 He-PSD/module• A/D convert (12bit/40MHz) each
pulse from PreAmps of both ends of PSD.
• 24bit/40MHz TOF counter• 64MB FIFO memory• SiTCP interface
2008 年2010 年 160 ㎜ ×60 ㎜
データ集積モジュール( GATENET, TrigNET )
• Open/Close trigger• Distribute pulse ID
and instrument clock to NEUNET and TrigNET
• 32kHz crystal clock• Neutron monitor
input (14bit/40MHz)• Hardware gate• External trigger input• SiTCP interface
• 8ch DIO• 2ch FADC (100
MSPS )• 4ch ADC (~ 1kHz )• SiTCP interface
TrigNET
T0 IN
DIO1 2
3 4
5 6
7 8
FADC1 2
ADC3 4
5 6
13
データ集積モジュール(シンチ系)
(1) READOUT モジュール( 256×256 ピクセル)(2) T0 分配モジュール(3) READOUT GATE モジュール(4) SiTCP モジュール
(1)(4)(2)
(3)
14
Time, Position
Time, Position
Time, Position
Time, Position
Time, Position
CPU DAQs
DeviceDetectors
DAQ electronics
イベントデータ収集システム
Time, Temperature etc.
Sample environment,Moderator, etc.
FS
CPU UI
NEU
TRO
NS
Analysis
イベントデータ収集の中性子散乱における実用例
d-spacing
Multi-Ei 測定@四季( BL01 )
Loading f rame
Furnace
Sample Extensometer
Loading f rame
Furnace
Sample Extensometer
時分割測定@匠( BL19 )
Temp change in time
構造変化 ( Brg index )
過渡現象測定@NOVA ( BL21 )
低温相
高温相
time
/min
d-space / Å
Li11BD4
加速器が停止してもデータが汚染されない
GATENET
NEU
NET
NEU
NET
NEUN
ET
NEUN
ET
TOF トリガ
PulseID 装置時刻TOF トリガ
中性子イベント
計測器• 外部パルス
(電磁石の KP 、チョッパーの位相トリガ)
•外部レベル(チョッパーの同期状態)•外部アナログ(温度、磁場… )
NEUNET, GATENET, TrigNET を組み合わせたイベントデータ収集システム(案)
TrigNET は、トリガ入力、パルス入力、レベル変化、ソフトウェアトリガでイベントデータを出力
•T0• 装置時刻• 外部パルス• 外部レベル• 外部アナログ
• ソフトウェアトリガ
TrigNET
Trg Clk
Trg Clk ExT
GATENET
TrigNET
Trg Clk
Trg Clk
Trg Clk
Trg ClkExT
40ms 40ms
ExT
Trg ClkNEUNET Trg Clk Trg ClkNeuNeuNeuNeuNeuNeu NeuNeuNeuNeuNeuNeu
データ収集システム開発体制
GEM
Developed by H.
Ohshita (KEK)
Scintillator
Developed by T. Hosoya (Ibaraki
Univ.)
3He-PSD
DAQ-Middleware coresupported by KEK electronics
groupOpenRTM-aistsupported by
AIST
BL20
BL02 BL08
BL12 BL14
BL01
BL21BL15
BL11 BL18
BL03 BL17
BL19
BL21BL09
BBT
まとめ
• J-PARC/MLF の実験装置群は共通のソフトウェアフレームワーク IROHA のもとで実験制御を行っている。
• データ収集システムはネットワーク分散の形で構成され、柔軟な変更が可能になっている。
• イベントデータ収集によりこれまでできなかったデータ解析が可能になった。
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