J-PARC K1.8のMWPCおよびデータ収集系

東京大学 高橋智則outlineoutline

MWPC核理研での実験現在 状況

KEK 高橋俊行, 関本美知子, 成木恵, 五十嵐洋一,現在の状況

J‐PARC HD DAQ概要

KEK            高橋俊行, 関本美知子, 成木恵, 五十嵐洋 , 仲吉一男, 池野正弘, 谷口敬

東北大学 塚田暁, 丸田朋史, 三輪浩司, 白鳥昴太郎, 細見健二, 三森雅弘, 馬越

核理研 石川貴嗣, 鈴木耕拓概要Hardwaretrigger & tag distributor

核理研 石川貴嗣, 鈴木耕拓岐阜大学 鵜養美冬京都大学 永江知文, 岡村敦史, 平岩聡彦RCNP         野海博之理研 板橋健太, 岡田信二

Software

理研 板橋健太, 岡田信JINR           Petr Evtoukhovitch

2007/11/27 秋保研究会 1

J‐PARC K1.8 Beamlineと位置検出器

K−/π− ~6.9MS2大強度の中間子ビームを用いた

ハイパー核の研究

ProductionTarget Electrostatic

BeamSpectrometer

FF

TargetSeparators

Spectrometer

Δx = 0.2 mm (RMS)Δp/p=3.3x10−4(FWHM)位置検出器 → MWPC

A : 15μmφ Au‐W/Re(3%)Phase1 Phase2

K- @FF/spill 1.2 M 6.6 M

A : 15μmφ Au W/Re(3%)A‐A 1 mm pitch (<200kHz/wire)  Δx = 0.3 mm (RMS)

アノード 256本,    tilt    0°,±15°A‐C  3 mm  /spill

/sec1.2 M2.0 M

6.6 M11 M

K/π @FF 6.9 7.9h d@MS2

A C 3 mm

Read‐out•ASD charged@MS2

/spill/sec

>6.5 M>11 M

>33 M>55 M

ASD•COPPER•FINESSE encoder

Beam test @ LNS GeV‐γ

e+γ ビーム中心での計数率～350Hz/mm～10kHz/mm

Collimator (φ50 mm)

0 /

MWPCS1

MWPC

trigger counter [mm]

0 50 100 150 200 250

S2

gg [mm]

Si l t は

U type (15°tilt)12 5μm 15μm

Singles rate はJ‐PARCでの <1/10

12.5μm, 15μmAr+ i‐C4H10 (80:20)

核理研で用いたReadout system, DAQ

MWPC 

→ ASD 32ch /card (SONY ASD τ 80 nsec) × 16 台→ ASD 32ch./card (SONY ASD τ=80 nsec) × 16 台

→ COPPER 4 台(FINESSE 32ch. MWPC encoder 4 台), GP‐IOなし

H d (K1 8用のBH1 AC)Hodoscope (K1.8用のBH1,AC)

→ CAMAC : ADC,TDC, scaler(crate controllerにはCC/NET)

FINESSEFINESSE

COPPER

FINESSE

COPPER

FINESSE

COPPERCOPPER

Event BuilderRecoderPC

512ch～1500chのうち

MWPCFINESSEFINESSEFINESSE

FINESSEFINESSEFINESSE

FINESSEFINESSEFINESSEFINESSE

FINESSEFINESSEFINESSE

etc.MWPC

FINESSEFINESSE

T

LANTrigger counter CAMAC

CC/N

ET

scaler

TDC

ADC

gg～70ch

FINESSE MWPC encoder• 100 MHz sampling100 MHz sampling

time

trigger

offset

gate[mm][ ]

180

12

position

60

120

timing

0 [nsec]1000 2000

[wire index]

200

250

150

50

100cluster size

[nsec]0 500 1000 1500 2000 2500

0

Cluster rise time の分布 [nsec]Cluster  rise‐time の分布

5000 100 200 300 400

2007/11/27 秋保研究会 6

[nsec]5000 100 200 300 400

Efficiency, Cluster size100

U 15 μm

ncy [%

]100

80

60350Hz/mm

Max   

Efficie

20

40

6010kHz/mm

•2.6kVで～100%•Cluster size = 1が殆ど

0

20

H V [kV]2 32.2 2.4 2.6 2.8

ary)

100

8070

90

H.V. [kV]

(arbitra

20

40

60

30

50

70

2 32.2 2.4 2.6 2.80

2010

H.V. [kV]

2007/11/27 秋保研究会 7

[ ]

2.8kV クラスタ内で最初に鳴ったワイヤその隣隣の隣隣の隣

wire

time

2000 100 [nsec]

最初に鳴 たワイヤ最初に鳴ったワイヤー→ 通過セルの絞り込み

2007/11/27 秋保研究会 8

核理研でのテスト後MWPCMWPC• 放電でカソードが損傷する (蒸着金属の剥離・孔)

– カソード材質の変更– カソ ド材質の変更アルミ蒸着アラミド → カーボン‐インク マイラー

DAQ  event build 失敗• イベントのタグ付けが重要• イベントのタグ付けが重要• COPPERのsoftware event counter の上書き →E t b ild のバッファ初期化ミス → 済

済

• Event builder のバッファ初期化ミス →• FINESSE Encoder の firmware のバグ →       

済

?

2007/11/27 秋保研究会 9

J‐PARC HD DAQ

2007/11/27 秋保研究会 10

HD DAQ h i i

counting room

PCschematic viewPC

PCPC

PCPC

Exp. HallData

Message

COPPER

PC

TKOVMECPU

CAMACTKO

VMETKO

CPU

TriggerTag

MTMLogic device

(NIM or VME)

Tagbusy

2007/11/27 秋保研究会 11

(NIM or VME)

TEND MTM (switch・LED類は省略)

F t ltrigger 1 request

trigger 2trigger 1

Front panel

trigger 1 clear 

Busy  1 

Busy  2 

trigger 1trigger 2

trigger 1 cleary

Gate 1 

Gate 2 

Event number reset

trigger 1 clearSpill number increment

FANOUTEvent number reset Spill number reset 

R d 1

MTMEvent number counter 12 bit  Spill number counter 8 bitSpill number increment 

or RM

tag

Reserved 1

Level 1 trigger

Level 2 trigger B C

Reserved 1

Level 2 trigger

Busy All

Self Busy

Busy CReserved 2

2007/11/27 秋保研究会 12

Reserved 2

trigger & event number distributionM t t i d l (MTM) による中央管理された t d tMaster trigger module (MTM) による中央管理された tag dataEvent number 12 bitSpill number      8 bit

各クレートに1台 receiver module を用意し、tagをバスに見せる

MTMCOPPER‐RM    (GP‐IO & mezzanine card)TKO‐RMについてはKEKエレキグループにて開発中についてはKEKエレキグル プにて開発中

MTMとは独立に、モジュール毎にもlocal counterを回しておく

COPPERFINESSE counterCPU software counterCPU software counter

TKOVME‐CPU software counter

2007/11/27 秋保研究会 13

Tag にずれがあるかをチェック

COPPER & GP‐IOdefault SKSdefault SKS

System clock System clock

Trigger Trigger

VME‐Bus 

8 bit

Gate Spill Tag0

Fast clear Spill Tag1

P0

Event Tag0 Event Tag0

Event Tag1 Event Tag1

Event Tag2 Event Tag2Event Tag2 Event Tag2

Busy Busy

P0P0

2007/11/27 秋保研究会 14

このmezzaine cardはTEND用ではありません

HD DAQ software

2007/11/27 秋保研究会 15

Network DAQ Data-Path

DAQ nodeconnection

RecordingProgramDAQ node

DAQ node

DAQ node

PartialEvent

Builder Centralconnection

Event

g

DAQ node CentralEvent

BuilderPartialEvent

e tdistribution

buffer

Builder

Server/Client design

Analysisprogram Data

Displa

IPC via TCP/IP

Server/Client design Display

Rootserver client

C (ISO/POSIX)

RootC++ (ISO/POSIX)Analysis:ROOTUI:Python (Tk)

DAQ node processes

Data reading process

DATAReadingthread

RingBuffer

DataSendingthread Server

li tead listen

Hard w

ar

Control thread

msgd

re

msgd

WatchDog

UDP

DAQ node

hardware から data を読み込み Event builder にデータを送るhardware から data を読み込み Event builder にデータを送る。

制御 COMMAND ではなく、connection による動作を基本とする。

COPPERの場合

Data reading process inetd (xinetd)Binary dataを

stdout

ti の処理は

Binary dataを標準出力に書き込むだけ

connectionの処理はinetdがやってくれる

Hard w

ar

msgd

re

msgd

WatchDog

UDP

DAQ node

hardware から data を読み込み Event builder にデータを送るhardware から data を読み込み Event builder にデータを送る。

制御 COMMAND ではなく、connection による動作を基本とする。

Event Builder

RingBuffer

Data readingthread

Event builderprocess

RingBuffer

Data sendingRing

Data readingthread Event

buildingRing

Buffer

Data sendingthread

RingBufferData reading

threadServerlisten

buildingthread

RingBuffer

Data readingthread Control thread

Messaged

Event builder

•ネットワーク上の DAQ node から data を集 daemonネットワ ク上の DAQ node から data を集めて event build を行う。

•複数の Reader thread, Builder thread, S d th d C t ll th d の協調動Sender thread, Controller thread の協調動作で構成される。

Event DistributorEventbuilder から event data をもらい、Recoder process, Monitor process に data を振り分ける。

Reader thread, Builder thread, 二種類の Sender thread (Recoder Sender / Monitor Sender), Controller thread の協調動作で構成される。

Recoder Sender, Monitor Sender それぞれ一つづつ受け付け port をもつ。

RecDataServer

RecorderClient list

Recorder

Read from EB

RecDataSenderRing

Buffer

ReaderMonitor

Client list

MonitorMonDataServer MonDataSender

Message path• 上位 message daemong

– Slave host のリストを持ちコネクションの開始、管理を行う。

– 一つのコネクションを制御用 (master port) に持つ。

– 複数のコネクションを 被制御用 (slave port) に持つ。

– Master port からの message は全ての slave port に伝えられる。

– Slave port からの message は master port に伝えられる。

• 各々の計算機に 1つずつ message daemonが存在する。

Command (START/STOP)の送信スレッドの状態を監視

msgd

DAQ processcmsgd Controller

スレッドの状態を監視

msgdDAQ node

msgd

DAQ process

DAQ nodeDAQ processmsgd

msgdDAQ node

msgd

DAQ process

DAQ d

Eventbuilder

Eventdistributor Recorder

msgdDAQ node

まとめMWPCMWPC核理研で実験Event build 失敗カソード変更

DAQの紹介Q 紹介Trigger/tag/busyの処理のためのモジュールを開発中Distributor, receiver

Software

今後の予定今後の予定2月頃にもう一度MWPCを核理研でテストCOPPER & GP‐IO, TKO & RM, MTM

2007/11/27 秋保研究会 22

garfield中心のワイヤーに当たるようにCellを斜めに走らせたtrackに対するelectronのdrift line

Drift time  : primaryができてからwireに当たるまでの時間(横軸はtrackに沿った軸で測ったprimaryelectronのdrift line (横軸はtrackに沿った軸で測ったprimaryができた位置)

80[nsec]Y [cm]

0 3K‐

0.3

400

0 0.3 0.600‐1 1‐0.3

Distance from track start [cm]X [cm]