Untersuchungen zum Konzept der HADES Driftkammerauslese und Test der TDC-Prototypkarte

Mit dem Dileptonenspektrometer HADES sollen Dielektronen aus Kern - Kern - Stößen in einem hadronischen Untergrund bei hohen Multiplizitäten untersucht werden. Die Ereignisrate von 106 pro Sekunde erfordert eine Auslese 
Mit dem Dileptonenspektrometer HADES sollen Dielektronen aus Kern - Kern - Stößen in einem hadronischen Untergrund bei hohen Multiplizitäten untersucht werden. Die Ereignisrate von 106 pro Sekunde erfordert eine Auslese der Detektoren innerhalb von 10 mikrosek. Die erwarteten hohen Multiplizitäten führen zu einer hohen Granularität der Detektoren und damit auch der Ausleseelektronik. Durch die Verwendung mehrere Triggerstufen wird eine Aufteilung des Auslesesystems auf mehrere Stufen notwendig. Für die Auslese von ~ 26.000 Driftzellen in 24 Driftkammermodulen wurde ein an die Anforderungen des Detektorsystems angepaßtes Auslesekonzept entwickelt. Analoge Signalaufbereitung und Messung der Driftzeit werden direkt am Detektor auf zwei miteinander kombinierten Karten untergebracht. Die nötige Integrationsdichte im Digitalisierungsteil wird durch die Verwendung eines speziellen Zeitmeßverfahrens (TDC) erreicht, das auf Signallaufzeiten in Halbleiterschaltungen basiert. Im gleichen Chip befindet sich auch eine Datenübertragungseinheit, die in der Lage ist die Daten mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu transferieren. Durch zwei weitere Module mit Speicher zum Puffern der Ereignisdaten wird den Anforderungen des Triggerkonzeptes Rechnung getragen. Dem verwendete Zeitmeßverfahren (Ringoszillator) ist eine Abhängigkeit der Zeitauflösung von Temperatur und Versorgungsspannung inherent. Ausführliche Messungen im Rahmen dieser Arbeit zeigen, daß die relativen Abhängigkeiten mit 0,2 Promille jedoch in einem Bereich liegen, in dem sie durch geeignete Maßnahmen kontrolliert werden können. Dazu zählen die regelmäßige Kalibrierung, sowie die Messung und Überwachung von Temperatur und Versorgungsspannung. Die Leistungsaufnahme des Auslesesystems liegt mit 5kW (total) noch um ca. einen Faktor zwei über den Spezifikationen. Sowohl die Tests des TDC Zeitmeßteils, als auch die Simulationen zeigen die Realisierbarkeit des Systems. Dies konnte auch durch Simulationen des gesamten Auslesesystems im Rahmen einer Projektstudie zum Triggerkonzept an der Universität Giessen nachgewiesen werden. Ein abschließender Funktionstest der Ausleseelektronik mit dem TDC an der Prototypdriftkammer im Labor ist gegenwärtig in Vorbereitung. Zur endgültigen Realisierung der Ausleseelektronik bedarf es noch der Reduzierung des Platzbedarfes sowie der Leistungsaufnahme. Zur Reduktion der Größe des Motherboardes wird eine mehrlagige Platine entwickelt. Für die Anbringung der Daughterboards ist eine platzsparende Geometrie vorgesehen. Die Reduktion der Leistungsaufnahme wird hauptsächlich durch neuere Entwicklungen bei den Daughterboards möglich. Auch die Verwendbarkeit des im Rahmen eines anderen Projektes entwickelten SAM - Modules als Konzentrator für die Driftkammerauslese ist zu untersuchen. Da diese Karte auch einen DSP enthält, ist entsprechende Software erforderlich. Die Segmentierung des modularen Spektrometersystems erlaubt den endgültigen Aufbau in mehreren Schritten. Vorgesehen ist, zunächst nur einzelne Segmente oder einzelne Ebenen der Driftkammern aufzubauen, und das komplette System erst zu einem spätern Zeitpunkt in Betrieb zu nehmen. Einzelne Komponenten können durch Neuentwicklungen ersetzt werden.
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Metadaten
Author:Jörn Wüstenfeld
URN:urn:nbn:de:hebis:30-28123
Document Type:Diplom Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2006/06/19
Year of first Publication:1997
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Release Date:2006/06/19
SWD-Keyword:HADES <Teilchendetektor> ; Driftkammer ; Ausleseverfahren <Sensortechnik>
HeBIS PPN:184928400
Institutes:Physik
Dewey Decimal Classification:530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

$Rev: 11761 $