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Entwicklung und Inbetriebnahme eines neuen Datenaufnahmesystems am QCLAM-Spektrometer

Singer, Maxim (2020):
Entwicklung und Inbetriebnahme eines neuen Datenaufnahmesystems am QCLAM-Spektrometer.
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt, DOI: 10.25534/tuprints-00011636,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Entwicklung und Inbetriebnahme eines neuen Datenaufnahmesystems am QCLAM-Spektrometer
Language: German
Abstract:

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zur Durchführung von kernphysikalischen Elektronenstreuexperimenten am supraleitenden Darmstädter Elektronenlinearbeschleuniger S-DALINAC ein neues Datenaufnahmesystem für das QCLAM-Spektrometer entwickelt und in Betrieb genommen. Dabei umfasste die Entwicklung die komplette Informationskette von den analogen Signalen der als Ortsdetektoren eingesetzten Vieldrahtdriftkammern bis zur grafischen Benutzeroberfläche zur Echtzeitüberwachung aller wichtiger Messgrößen während eines Elektronenstreuexperiments.

Die Entwicklung der Datenaufnahme gliedert sich in drei Teile. Der erste Teil umfasst den Aufbau und Verschaltung, sowie die Hard- und Softwarekonfiguration von Elektronikmodulen. Dabei wurde die für das Starten der Datenaufnahme verantwortliche Trigger-Logik so aufgebaut, dass das Aufnehmen und Auslesen von Daten gleichzeitig stattfinden kann und die Experimentierzeit, die je nach Experiment mehrere Wochen dauern kann, im Vergleich zum vorherigen System effektiv um die Hälfte reduziert wird.

Der zweite Teil der Datenaufnahme beinhaltet die Weiterverarbeitung von den binären Dateien aus den VME-Modulen. Dazu wurde ein umfangreiches Programm QCLAMon zur Echtzeitüberwachung und Darstellung von (e,e')-Daten während eines Experiments entwickelt. Dabei werden aus den gemessen Driftzeitinformationen für einzelne Ereignisse Elektronenbahnen rekonstruiert und nach notwendiger Korrektur der Spektrometer-Aberration mit zahlreichen Statistiken präsentiert. Die für die Korrekturen notwendigen Parameter wurden aus Kalibrierungsmessungen während mehrerer Teststrahlzeiten gewonnen.

Der dritte Teil der Entwicklung umfasste die Inbetriebnahme des Spektrometers mit der neuen Datenaufnahme nach einer zehnjährigen Pause. Dazu wurde in Herbst 2018 eine Messkampagne zur Kalibrierung des Spektrometers durchgeführt. Dabei wurde die Fokalebene des Spektrometers für verschiedene Quadrupol-Dipolmagnetfeld-Einstellungen vermessen und eine Lochblendenmessung durchgeführt. Die daraus extrahierten Resultate wurden in das Analyseprogramm QCLAMon integriert. Damit konnte die relative Energieauflösung eines 12C-Anregungsspektrums auf 5⋅10^-4 erhöht werden, was dem besten jemals am QCLAM-Spektrometer gemessenen Wert entspricht.

Durch eine Analyse des Strahlprofils auf dem Target mit optischer Übergangsstrahlung wurde gezeigt, dass die örtliche Schwankung des Strahlflecks einen messbaren Einfluss auf die erreichbare Energieauflösung hat und dass dieser Effekt korrigiert werden kann. Zudem wurde die Möglichkeit einer Strahlstrommessung mit optischer Übergangsstrahlung am QCLAM-Spektrometer untersucht.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In this work, a new data acquisition system for the QCLAM spectrometer has been developed and put into operation for the performance of electron scattering experiments at the Darmstadt superconducting linear accelerator S-DALINAC. The development encompassed the complete information chain from the analogue signals of the multi-wire drift chambers used as the position detectors to the graphical user interface for online monitoring of all important measured variables during an electron scattering experiment. The development of the data acquisition is organized into three parts. The first part includes the design and interconnection, as well as the hardware and software configuration of electronic modules. The trigger logic responsible for starting the data acquisition was set up in a way that recording and reading of data can take place simultaneously and the experimentation time, which can be several weeks, is effectively reduced to one half compared to the previous system. The second part of the data acquisition includes the processing of the binary files from the VME modules. An extensive program QCLAMon was developed for online monitoring and presentation of the (e,e') data during an experiment. Electron tracks are reconstructed from the measured drift time information for individual events and, after a necessary correction of the spectrometer aberration, presented to the experimenter with numerous statistics. The parameters required for the corrections were obtained from the calibration measurements during the test beam times. The third part of the development involved the commissioning of the spectrometer with the new data acquisition after a ten-year break. For this purpose, a set of measurements was performed in autumn 2018 for the calibration of the spectrometer. The focal plane of the spectrometer was measured for different quadrupole dipole magnetic field settings and a sieve slit measurement was performed. The extracted results were integrated into the analysis program QCLAMon. The relative energy resolution of a 12C excitation spectrum could be improved to 5⋅10^-4, which represents to the best value ever measured at the QCLAM spectrometer. An analysis of the beam profile on the target with optical transition radiation showed that the local variation of the beam spot has a measurable influence on the achievable energy resolution and that this effect can be corrected. In addition, a future possibility of beam current measurements with optical transition radiation was confirmed at the QCLAM spectrometer was investigated.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
Date Deposited: 18 May 2020 07:31
Last Modified: 18 May 2020 07:32
DOI: 10.25534/tuprints-00011636
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-116361
Referees: von Neumann-Cosel, Prof. Dr. Peter and Enders, Prof. Dr. Joachim
Refereed: 20 January 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/11636
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