SK 実験用超新星ニュートリノバーストモニター用モジュール

の開発KEK OSC2010

2010/7/2Takaaki Yokozawa(ICRR)

1

共同研究者：Y. Hayato1, M. Ikeno2, M. Nakahata1, S. Nakayama1, Y. Obayashi1,K. Okumura1, M. Shiozawa1, T. Uchida2, S. Yamada1 1.Kamioka observatory, ICRR,University of Tokyo2KEK

目次

1,  スーパーカミオカンデ検出器と超新星爆発

2,  モニター用モジュール開発の動機3,  新モジュールの仕様4,  開発の現状と今後の予定5,  まとめ

2

1,  スーパーカミオカンデ検出器と超新星爆発

　スーパーカミオカンデ検出器 ( 以下 SK 検出器 ) とは、地下 1000m に設置された50,000 トンの水チェレンコフ検出器であり、約 13,000 本の光電子増倍管 (PMT) が設置されている。 SK 検出器では主に、太陽、大気、超新星爆発ニュートリノの観測・人口ニュートリノ観測による振動解析 (T2K 実験 ) ・陽子崩壊探索等を行っている。

スーパーカミオカンデ検出器

スーパーカミオカンデ検出器

ν

Cherenkov light

チェレンコフ光のイメージ図光電子増倍管 (PMT)

3

SK 検出器のフェーズ1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Start

SK-I

SK-II

Full reconstruction

SK-III

Number of ID PMTs(photocoverage)

11,146 (40%)

 5,182 (19%)

11,129 (40%)

Accident

Partial Reconstruction

Install new electronics

SK-IV 11,129 (40%)

　 SK 検出器は 1996 年より観測を開始し、 2001 年に行われたメンテナンスまでの期間を SK-I フェーズと呼んでいる。　その後のアクシデントにより半数のPMT で SK-II フェーズとして観測を開始し、 PMT の数を SK-I フェーズの時とほぼ同数に戻し、 2006 年より SK-IIIフェーズとしての観測を開始した。　 2008 年 9 月に、新エレクトロニクス・新 DAQ システムを導入し、 SK-IVフェーズとしての観測を開始した。

次ページにて、新エレクトロニクス、新 DAQ システムの説明を行う。

4

新エレクトロニクス

QQTC-TC-BBased　ased　EElectronicslectronics　　with　with　EEthernet　(thernet　(QBEEQBEE))

60MHz Clock

QTC TDC FPGA

PMTSignal(24PMT)

Ethernet

• 現行の DAQ システム

→　 現在、新エレクトロニクス導入により、デジタル化の高速化が実現し、全てのPMT ヒット情報をオンラインに送り、トリガーをかけることが可能となった。　

time

• 以前の DAQ システム

time

PMT hit

→　 以前の DAQ システムではトリガーされたイベント情報のみをオンラインに送っていた。

5

現行の DAQ システム

Disk

.

.

.

.

.

.

QBee

13,000PMTs

550QBees

FrontEnd PC

20Front-end PCs

24PMTs 30QBees

MergerSoftwaretriggerQBee

QBee

QBee

QBee

FrontEnd PC

FrontEnd PC

MergerSoftwaretrigger

MergerSoftwaretrigger

10Merger PCs Offline

analysis

SortingData from 30Qbee

Ethernet

Organizer

1hit cell= 6bytel(ch, T, Q)

RecordedData:9MB/stypical

6

超新星爆発

　超新星爆発とは星の最期の一瞬に起こる大きな爆発である。　光学的な観測が主に行われてきたが、 1987 年SK 検出器の前身であるカミオカンデ検出器が大マゼラン星雲での超新星爆発より 11 個のニュートリノを観測した。　 SK 検出器はその大きさから世界一超新星爆発ニュートリノの観測に適した検出器であり、現在も積極的に探索を行っている。　超新星爆発ニュートリノの観測により、超新星内部の情報を見ることができ、メカニズム解明に大きく寄与することができることが期待される。

　 SK-I,II,III での探索結果より銀河内での観測確率の上限値 0.27[SN/year]@90% C.L. を得ている。

　

大マゼラン星雲で起きた超新星爆発

銀河中心 (10kpc) で超新星爆発が起こった際 SK検出器で観測される事象数分布 7

2,  モニター用モジュール開発の動機

2009 年 6 月、ベテルギウスが 15 年間で15% 縮小しているというニュースが発表された。ベテルギウスやアンタレスというような地球から近い距離の星 ( 約 500 光年 ) で超新星爆発が起こった場合、超新星爆発シミュレーションより最大イベントレートは約30MHz にもさかのぼる。

SK グループではこのような超近傍超新星爆発に備え高レートでのデータ収集に関するテストを行い、 6MHz 程度までは問題なくデータ取得ができるが、それ以上になると、QBee のデータ処理が遅れデータの取りこぼしが起こってしまう可能性があることが分かった。

νe ＋ e －→ νe ＋ｅ－

ν ｅ＋ｐ→ｅ ++n

　8

SN event rate[Hz]

time[sec]

107

105

103

0sec

1sec

モジュール開発の動機

モジュール開発の動機

そこで、現行の DAQ システムと平行にデータ保存を行う新モジュールを開発する。

このシステムは安定にかつ小さいデータ量で保存し続けられる必要がある。

保存するデータとして PMT の総ヒット数を選択した。理由として、超新星爆発からのニュートリノのエネルギー分布は鋭く (~20MeV) そこから総ヒット数より超新星爆発ニュートリノイベント数を見積もることができるからである。

SK で観測される超新星爆発イベントのエネルギー分布 ( シミュレーション )

9

Energy[MeV]

QBee からの Digital HITSUM信号 PMT からのヒット数は QBee からデジタル信号として常に発信されている。Digital　HITSUM信号は、 1 枚の QBeeボードにおける PMT のヒット数を 60MHz でだし続けている信号で、 LVDS レベルである。一つの QBeeボードで 24 の PMT信号を処理しているため Digital　HISTUM信号は、 0-24 の値を持つ。この Digital　HITSUM は、 DAQ読み出しが止まってしまっても QBee が止まらない限り信号が止まることが無い。

60MHz (17nsec)

PMT hit

HITSUM = 3    HITSUM = 2

Digital HITSUM

10

時間分解能の評価• Digital　HITSUM の信号が 60MHz で来ている

ため 60MHz でデータを保存したいが、データ量が膨大になってしまう。

　-　60MHz 時間分解能で保存すると ,498,000[GB/day] となる。　-　ちなみに現行の SK　DAQ　 では　 ~720[GB/day] 程度である。

• なので、時間分解能を落として保存データ量を抑える必要がある。

　-　どの程度まで落としたらディスク保存が可能か？　-　どの程度まで落としても物理的に意味のあるデータとなる

か？

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3, 新モジュールの仕様

時間分解能の評価

• このシステムの最大なバックグランドはPMT のダークノイズであり (4,500[hits/sec/PMT])ダークノイズのふらつきとイベントの区別ができる必要がある。

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時間分解能の評価

超新星爆発ニュートリノのイベントでは 120[hits/event]の PMT がヒットすることが期待される。この数字と各時間分解能におけるダークノイズのふらつきを比べる。

Expected energy distribution at SK

Time resolution [MHz]

Fluctuation of dark noise[hit/time bin]

60 ±0.83

0.1 ±22

0.06 ±26

0.01 ±71

データ量 (~500[GB/day]) とダークノイズのふらつきより、0.06[MHz]  時間分解能が最良と判断した。

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時間構造の評価

時間分解能 0.06[MHz] に設定した際に実際に観測される超新星爆発のヒットをシミュレーションした

中性子化バースト (横軸 0.04sec付近のピーク ) の認識ができ、時間構造の評価が、 0.06[MHz]でも可能なことが確認できた。

νe ＋ e －→ νe ＋ｅ－

ν ｅ＋ｐ→ｅ ++n

　

All events

14

距離 500ly (Betelgeuse) で超新星爆発が起こった際のヒット数の時間構造 .

付随機能・超新星爆発らしきイベント群に対するメモリへのダンプシステム　 0.06MHz にてヒット情報を常に保存するとしたが、超新星爆発らしきイベント群に対しては本来の 60MHz にてデータを保存したい。 　そのために、基板上に 4GB のメモリを設置し、モジュール内部もしくは外部にて超新星爆発らしきイベント群と判別された際、メモリに30秒分のヒット情報を 60MHz で保存できるようなシステムを付随することを予定している。 メモリからのデータ出力は別口の Gigabit Ethernet を設置する。

・超新星爆発らしきイベント群が来た際に信号を出す。　このモジュールにて超新星爆発と判断した際に、ダンプシステムのトリガー、 QBee の pre-scaling のために信号を出すようにする。

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FPGAXC6SLX45_FG(G)676                 

Master clockDump start/stop signal

    4GB Memory     もし、超新星爆発らしきイベントが来たら一時的にメモリにダンプする。後ほど詳細を説明する。

Digital HITSUM 信号×10board (1crate)

足し上げられたHITSUM信号。SN candidate signal.

Memory information by Ethernet.

入力信号 出力信号

Dump system for SN

Circuit board for new module

新モジュールの概略図

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新システムのブロック図

QBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBee

QBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBeeNew 

Module(sum up HITSUM) PC

DigitalHITSUM

DigitalHITSUM

・・・・

New Module(sum up HITSUM)

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet

10枚分の QBee からのdigital HITSUM信号の足し上げを予定している。

各モジュールでの足し上げ後、 Gigabit Ethernet にて PC に送られ足し上げ、ディスクに保存する。

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Disk

新モジュールの設置場所

We will place new module here.

digital HITSUM output from QBee

Master Clock

SK タンク上にある 4つのエレクロトニクスハットに QBee を設置している。その下部に設置する予定である。

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エレクトロニクスハット

４、開発の現状と今後の予定

2010 年２月より神岡にて新モジュール仕様の打ち合わせを開始。最初は時間分解能・データ量の見積もり。

４月より KEK の内田先生・池野先生との打ち合わせと神岡での仕様打ち合わせを並行しながら、入出力信号の処理を決定。それに合わせてモジュールに用いる部品の選定(FPGA 、 LVDS receiver ・ driver 等 ) を行った。

５月には、 OrCAD を用いてモジュール回路図の作成を開始。FPGA などの部品のライブラリを作成後、神岡にて FPGAのピンアサインを行い部品同士の配線を行った。

開発の現状と今後の予定

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６月に入り、各部品のユーザーズガイドを読み直し、回路図の最終チェックを行い、プロトタイプの作成を依頼した。

４－６月には月に１０日程度 KEK に滞在し、内田先生・池野先生にたくさんの助言をいただきました。ありがとうございます。

今後、 FPGA プログラミングを進め、プロトタイプが完成する 8 月下旬から 9 月上旬にかけてテストを行い、その結果を 10 月の NSS にて報告を行う予定である。

その後、デバッグ作業を行い、今年度中のマスプロダクションを目指している。

開発の現状と今後の予定

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このプロジェクトに参加することへの期待

• 今まで学んだことのない分野 (回路設計、データ収集システムの作成 ) をできることにより、自分の知識、経験を向上することができる。

• 様々な分野の方と話ができることがとても有意義である。

• 内田先生、池野先生には時間を割いていただき基本的なところから、回路設計に必要な考え方を教えていただいた。とても感謝しています。

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学生の立場より

• お時間をとっていただけるならこのような研究発表の場、それぞれの研究のディスカッションの場、ゼミや講義をしていただけたらとてもうれしい。

• 統一できるところは統一してほしい。回路図表現の統一、ソフトのバージョンの統一。

• 些細な質問にも対しても詳細な返答をしていただき、理解を含めることができた。

(何も知らない分野なので最初はわからないことだらけだったが、実回路基板や、図説が多くてわかりやすかった。 )

22

(車が無いと何もできない… )(神岡から遠い。移動が大変。 )

５、まとめ

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• 近傍超新星爆発に備えた新データ収集システムの開発を行っている。

• 現在、新モジュールの回路図が完成しプロトタイプ作成依頼後 FPGA プログラムに取り組み始めた。

• 今後、プロトタイプでの性能試験後、今年度中のマスプロダクションを目指している。

まとめ

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backups

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Famous Star Is Shrinking, Puzzling Astronomers

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Researchers at the University of California, Berkeley, first measured the star in 1993 with an infrared instrument on top of Southern California's Mount Wilson. They estimated the star to be as big around as Jupiter's orbit around the sun. But measurements made since then using the same instrument show that Betelgeuse has withered by 15 percent—a reduction in size roughly equal to the orbit of Venus—over the past 15 years. The cause of the star's rapid contraction is a mystery. But the team noted that they had observed an unusual big red spot on the star three years ago. 

Estimate dark noise 

Time resolution [MHz]

Expected dark noise[hit/time bin]

Error of dark noise[hit/time bin]

60 0.83  ±0.83

10 5 ±2.2

1 50 ±7.1

0.1 500 ±22

0.06 830 ±26

0.01 5000 ±71

Dark noise rate of 1PMT is 4,500[hits/sec], so total dark noise is calculated by 5*107[hits/sec].Expected dark noise for each time resolution are as follows;

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Block diagram of new module

LVDS INPUT

LVDS RECIEVER

LVCMOS 33

FPGA

PROM

SODIMM : SSTL2

POWER

Clock,event#

Eth 1(normal output)

Eth 2(memory output)

SN triggerSN candidate signal

LVDS 34[pin] output

×10 

SN65LVDT388ADBT

XC6SLX45FGG676

XCF16P

LVDS driverSN65LVDS387 DGG

LVDS RECIEVER

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# of flashesMax.flashrate(MHz)

TDC L1bufferfull

Qbee(SIC)buffer full

DB buffer full ProcessingTime(min)

3M (1.5%occupancy)

1 usual None None in 10s ~10

6M 2 usual None None in 10s ~10

10M 3.3 usual None1, 2.8s2, 2.8%

~10

15M 5 usual1, 0.2s2, 2.4%

1, 2.4s2, 20%

~20

30M 101, 0 s2, 2.4 %

1, 0.1s2, 17.1%

1, 2.3s2, 37%

~20

7.5M (x4) 2.51, 0 s2, 4.7 %

1, 0.05s2, 20%

1, 2.4s2, 41%

~20

15M(x4) 51, 0 s2, 12 %

1, 0.05s2, 46%

1, 2.3s2, 68%

~20

30M(x4) 101, 0 s2, 46 %

1, 0.05s2, 71%

1, 2.3s2, 77%

~10

Summary of the test results w/o the pre-scaling system

1, starting time of buffer full from the beginning of the burst2, max. percentage within the burst period

x4: occupancy is about 4 times largerthan the usual test.

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2, Measure the light curve of SN burst (plan)

- Obtain information of total charge of SN burst events-> Measure the SUM of Analog HITSUM

- rough measurement as a backup of DAQ system-> Need to work independently from online system

- Need to be applicable to measure a SN burst at 500ly distance 

Time

Total Analog HITSUM

SN burst

Current hardware trigger system

- SUMAMP of the hut will   saturate at the high rate- record the trigger rate but not record the value of HITSUM 

30

1, event rate limitationA,  event rate = ~19.6MHz (Qbee : L1 buffer full) : occupancy 1.5%

= (300-5)kHz/ch  / 0.015 B,  ~8.3MHz (Qbee: SIC full) : occupancy 1.5%

= (130-5)kHz/ch  / 0.015 

2, Limitation of Total data sizeA, Qbee: Daughter board buffer size

32MB/Qbee – 7.2M/Qbee(dark) = 24.8MB/Qbee= 4.1Mhits11.4M events( Empty buffer, 10s duration, 1.5% occupancy)

3, Limitation of Online DAQ processing speed (Bottle neck)A, SLE trigger rate : 12-13kHz (corresponds to the SLE rate of Ethr=~3MeV, current setup-> E= ~4MeV )B, neutron(relic) trigger < ~40Hz : set by software

Estimation of the Limitation factor from DAQ system for processing SN burst data (reminder)

Online DAQ diskDB

bufferSIC

bufferTDC

L1buffer

signal

Discard data

Discard data

Qbee

Discard data

31

Mimic a SN burst by a light pulsar (occupancy ~1.5 %) 

1s

2s

7s

Pre-scale = 1

Time

Flash rate

~10MHz

~5MHz

~1MHz

Laser diode

Setup of the SN burs test(w/ elec. Group ; Nakayama, M. Dziomba )

pulsar

Pre-scaler

attenuator

Duration = 10s

SK tank

Max. flashing rate of this system = 10MHzMax. event rate from the SN burst at the distance of 500ly will become 30MHzSo we usually increase the occupancy (x4: 6-7%) to mimic those high rate case.

32

Front-end PC Merger Organizer

send() error send() error

-- To reduce the packet loss in the network switch, we implement the flow control the data flow in the application level

DAQ error in the nearby SN burst test

Front-end

PC  Mergerheader

FEPC should wait ACK data from merger.

ACK(always)

ACKBlock size

>1MB

body

Check Whether FIFO bufferIs available or not

Flow control (1)

The same kind of scheme was implemented in merger-organizer33

Flow control (2)Merger

organizer

1

41Merger

Merger 40

23

40

211headerbody

Processed data

disk

When the size of body is larger than 20MB,organizer can receive only the next data block.(In this case, organizer can receive block #2.)

No DAQ stop in 15trials with 7.5Mevens (x4) and max.rate of 2.5MHz No DAQ stop in 11trials with 10Mevens (x4) and max.rate of 3.3MHz

After the modifications

-> DAQ system is stable in the nearby SN burst case.

Amount of SN burst data7.5M (x4) 2.5MHz 12dB 1/4 : ~ 63subruns10M (x4)   3.3MHz 12dB 1/3 : ~ 66subruns15M(x4) 5     12dB 1/2 : ~ 45subruns30M(x4) 10   12dB 1/1 : ~ 14subruns

w/o pre-scaling system

34

QBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBee

QBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBee

QBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBeeQBee

SUMAMP

SUMAMP

SUMAMP

QDC#of ch>12

SetupHut 1,2,3,4

Crate#1

Crate#11

Crate#12

PC

Green : Already availableBlue : Need to prepare

QDC should be…

AnalogHITSUM

AnalogHITSUM

AnalogHITSUM

Continuously measure the analog HITSUM

# of ch >12

dead time due to the A/D conversion

0s(dual buffers)

charge gate 5us

dynamic range ±0.5V

35

3, SN burst test for shift people (plan)

PC

Output register

Laser diodeFlashing system

OnlineDAQ

SNwatch@Offline

Network sharedmemoryincomplete flag Add “incomplete” flag

For SN burstincomplete flag

ALARMFound To be a cluster

Record time or subrun#of SN burst test on the log

SHIFT Analysis- Discard those SN test events by IFVSK(=incomplete).- Or discard subruns from the log info.

cron

-> will finish preparation this month

SK tank

DAQ

Burst test system

36

モジュールの情報の流れ

各 Qbee Board （ 24PMTs） digitalHITSUM 情報

時間、 Qbee でまとめたHITSUM 情報を出す（ TCP/IP）

10-20Qbee  Board (1-2 crate)からの入力

Qbee でまとめたHITSUM 情報を出す（ LVDS,  光 interface）

FPGA入力 HITSUM 情報を

時間、ボードでまとめる。

8-16GB  メモリ

入力 HITSUM から判断してある基準を超えると supernovaLike信号を NIM 出力

外部のモジュールで super nova と判断したら、送信データとは別に生情報をメモリに 30sダンプする機能

Dump start/stop

Master clock

37

1. 入力信号入力信号 使用コネク

タ信号レベル 信号の

内容信号線 信号周

波数入力コネクタ数

QBee からのdigital HITSUM信号 (*1

ヒロセ 16ピンコネクタHIF3BA-16PA-2.54DS相当品(仮 )

LVDS HITSUM 5[bit] 60[MHz]

10(*2

clock 1pair

Master clock(*3

RJ45 LVDS Event # 1pair 60[kHz] 1

clock 1pair 60[MHz]

Trigger 用 (*4 LEMO NIM Start/stop

2(*1 　 QBee からの digital HITSUM信号の仕様はバックアップスライドに記載。(*2 　 1crate-10QBee を 1module で処理する場合。 2crate 分をまとめる場合は 20.(*3 　 Master clock の仕様はバックアップスライドに記載。(*4 　メモリにデータを書く際の start/stop trigger  に使用したい。

38

2. 入力信号の処理

QBee signal×10clock, HITSUM

FGPA

レシーバー

Master clockClock, event#

…...

信号の同期

HITSUM の足し上げ

イベント番号情報を割り当てる。

clock

event#

入力信号 信号の内容 処理方法

QBee からのdigital HITSUM信号

HITSUM - LVDS レシーバーで受信。- 60MHz の HITSUM 情報を適当な時間幅、また入力Qbeeごとに足し上げる。

clock - LVDS レシーバーで受信。- HITSUM信号の latch に用いる。

Master clock Event # - LVDS レシーバーで受信。-  出力データに時間情報として付加

clock - LVDS レシーバーで受信。- FPGA の駆動に用いる

Trigger 用 Start/stop - Module 内のメモリへのダンプ作業の start/stop に用いる 39

3. 出力信号出力信号 信号

レベル使用コネクタ

信号の内容 出力のpin 数

信号周波数

Gigabit Ethernet

- RJ45 60kHz*1) で足し合わせたデータと時間情報

8pin -

34pin コネクタ

LVDS 要相談 - 60kHz counter ( シリアル化して 1pair で出力 )- 60MHz HITSUM を ( 入力Qbee すべて足し上げたもの ) 8bit でパラレル出力。

Clock 2;Hitsum 16; 

60[MHz]

SN like signal TTL orNIM

LEMO - SN like なイベントと判断したら信号を出力。

光インターフェースはお金的にも、データ量的にも厳しいため、 34pinコネクタを設置する方向で話を進める。*1)  この足し合わせる時間幅の値については将来 FPGA書き換えで変更する可能性あり（ e.g. 100KHz, 600kHz）

40

6.ダンプ用メモリのサイズ• 60MHz の分解能で保存したい。- 1bin あたりのデータサイズ　　 1crate でまとめた場合　最大 240hits -> 1[byte/bin] が必要      2crate でまとめた場合　最大 480hits -> 2[byte/bin] が必要-  　　　ダンプする時間範囲SN バーストの持続時間から、 30sec のデータを保存したい。

よって総データ量は- Hit 情報を保存するために必要なメモリ量1crate/module の場合　…　 1[byte]*60[MHz]*30[sec] = 1.8GB 2crate/module の場合　…　 2[byte]*60[MHz]*30[sec] = 3.6GB -  時間情報を保存するために必要なメモリ量 (60kHz毎に 1セル挿入する場合 )60[kHz]*8[byte]*30[sec]=0.014GB 　 << 1.8, 3.6GB

41

6.ダンプ用メモリのサイズ

• メモリサイズに関して上記の計算より、 1.8 または 3.6GB のデータを保存する必要がある。4GB のメモリを 2 スロットセット 8GB でよいか。SODIM で２つ、普通の D1M でも大丈夫だと思う。基板サイズとパ

ターンで決定する。

• Trigger  入力に関してLEMO コネクタ *2 を入力 (start,stop) に用いる。Start信号が入ったところから 30sec 保存するようにする。念のため stop信号入力する。

42

7 、ダンプメモリの内容の読み出し方法

• 通常のイーサネットからの出力機能を停止して、そのイーサネットポートからデータを吸い上げる。

または• 吸出し用に専用ポートを作るか

• 基本的には専用ポートを作る方向で作るが、作成時に決定する。

43

その他、話し合いで決まったこと

• FPGA には何を用いるか？Pin 数的に大きいものを使う。 DDR のメモ

リコントローラがハードで入っている。スパルタン６がよいのでは？ザイリングスの HP にいってデータシート

を眺めてみる。

44

Qbee の 16pin connectorから LVDS で出力される

45

• Output   [ 2 pairs in 1 UTP cable ]– (1,2) pair             60 MHz clock– (5,6) pair             Trigger  +  32 bit event #  +  TDC reset– (3,4) and (7,8) pairs      (not used, for future unification of CLK/TRG and 100BASE-TX)

• Spec. of serial signal   [ 1 bit = 1 clock,  total 38 clocks = 633 nsec ] 

MCLK output specification

Header  (always 1)

Trigger on/off + TDC reset on/off•  Trigger w/o TDC reset (10)•  Trigger w/  TDC reset (11)•  TDC reset only (No Trigger) (01)

Trigger (Narrow/Wide + Pedestal + Split)

32 bit event # (MSB  LSB )

60 MHz clock

Serial signal

Start at a negative edge of the clock

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時間分解能の評価

時間分解能 …　各 bin で予想されるdark noise の数60[MHz] … 0.83 ± 0.9[hits/bin]10[MHz] … 5 ± 2.2[hits/bin]1[MHz] … 50 ± 7.1[hits/bin]0.1[MHz] … 500 ± 22[hits/bin]0.06[MHz] … 830 ± 26[hits/bin]0.01[MHz] … 5000 ± 71[hits/bin]1event … 120 ± 11[hits/event]

出力データの時間分解能 [MHz]

60kHz counter[byte]

Sub counter[byte]

Hit 数のデータサイズ [byte]

1信号のデータサイズ [byte]

1 モジュールあたりのデータ量[MB/s]

60 4 2 1 8 3.8*103

10 4 2 2 9(12) 960

1 4 1 2 8 64

0.1 4 1 3 9(12) 9.6

0.06 4 0 3 8 3.8

0.01 4 0 3 8 0.64

1bin に 1event あったときに、 60[kHz] の時間分解能を持っていれば dark noise との区別が可能となる。 10[kHz] では厳しい。5[MB/s] は処理が容易　 60[kHz] の時間分解能で取得するのがよい。

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5MeV threshold

Expected number of events from a supernova at SKExpected number of events from a supernova at SK

~7,300 e+p events~300 +e events~100 e+16O events

for 10 kpc supernova

(-)

Neutrino flux and energy spectrum from Livermore simulation (T.Totani, K.Sato, H.E.Dalhed and J.R.Wilson, ApJ.496,216(1998))