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Steffen Litzinger 1

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Myonen Scintillatoren & Photomultiplier Detektion von Myonen NIM Elektronik Random Coincidence VMEbus Standard/Datentransfer VMEbus Programming Komplettes DAQ System 2

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Elementarteilchen des Standardmodells Klassifiziert als Lepton schweres Elektron Wer hat das bestellt? - I. Rabi 1936 3

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Bestandteil sekundrer kosmischer Strahlung Entstehung in der oberen Erdatmosphre Wegen der sehr kurzen Lebenszeit (2 s) ist eine Detektion nur dank Zeitdilatation mglich Praktischer Beweis der Relativittstheorie 4

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lat. scintillare = funkeln, flackern Material, das bei Anregung durch energiereiche Teilchen Licht emittiert Anorganisch und Organisch Durchlssigkeit fr eigenerzeugtes Licht ist wichtig 5

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Multiplier = Verstrker Wandelt das Photonensignal des Szintillators in eine elektrische Ladung um und verstrkt es 6

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Funktionsweise: 7

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Szintillatoren und Photomultiplier: Detektorflche ca. 1/16 m => erwarteter Myonenfluss ca. 6Hz 8

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Detektion der Myonen mithilfe solcher NIM Elektronikmodule: 9

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Module: Discriminator: Analog/Digital Wandler, einstellbare Grenzspannung (Treshold) Coincidence: AND Einheit, sendet logische 1 wenn alle Eingnge 1 eingeben Zhler: digitaler Signalzhler Spannungsversorgung: legt Hochspannung (2kV) an die Photomultiplier an 10

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Zugehriges Schaltbild: #1 #2 1234 Zhler Coincidence Discriminator Detektorkanle 11

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Wenn ein Signal gleichzeitig von beiden Kanlen gemessen wird: Myonenkandidat Coincidence stellt die notwendige UND - Verknuepfung dar Herausfilterung der Myonen aus allen Signalen Aufbau ermglicht die Bestimmung der Myonenrate per Zhler 12

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Random Coincidence = Zufllige Gleichzeitigkeit zweier Strsignale(Rauschen) Schein-Myon Verflschung des Messergebnisses? 13

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Detektorkanle: Mithilfe stochastischer Berechnungen, ergibt sich eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit fr eine Random Coincidence (>1mal pro Tag) = kein wichtiger Strfaktor in diesem Experiment 14 #1 #2 MyonRandom Coincidence

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Bus-Standard, viele Varianten, 1982 etabliert Verwendet in diversen Experimenten am CERN Auslese, Weiterleitung, Bearbeitung von Daten 15

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Basiert auf einzelnen Steck-Modulen, die unabhngig agieren Verbindung ber sog. Backplane Master & Slave in der Datenbertragung 16

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bersicht ber die Vorgnge bei einem einzelnen Datentransfer: 17 undefineddefined undefined definedundefined 1 5 3 4 2 6 Address/AM Data DS DTACK AS

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bersicht ber die Vorgnge bei einem Blocktransfer: 18 Address/AM Data DS DTACK AS undefined defined undefined defined undefined defined

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Programmieruebungen mit den verschiedenen Arten des Datentransfers Vergleich der Geschwindigkeiten ergibt: Single Cycle ist im Vergleich zum Blocktransfer langsam groer Softwareanteil 19

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hhh 20

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SBC Single Board Computer Eigentliche CPU, Master des Systems, mit dem Server ueber Ethernet verbunden Ladungs-Digital-Converter (QDC) Misst die von den Photomultipliern ankommende Ladung Time Digital-Converter (TDC) Misst die Zeitdifferenz der beiden einkommenden Signale Trigger Modul Coincidence Signal gibt den Start der Messungen an 22

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23 Datenerfassungssoftware des Atlasexperiments Auf beliebig kleine Systeme anwendbar

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Durchschnitt ca. 200mV Rueckrechnung: ca. 1300 Photonen pro Signal Anzahl Elektronen, Verstrkung der PM, Quanteneffizienz 24

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Erwarteter Wert: ca. 1 ns fuer 30 cm Wert bei kleinem Anstand der Szintillatoren: 1,484 ns Wert bei 30 cm grerem Abstand: 2,394 ns Da der systematische Fehler (Kabellngen usw) gleich bleibt, erhaelt man durch Bildung der Differenz der Werte in etwa den gesuchten Wert 25

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Vielen Dank fuer eure Aufmerksamkeit http://www.lhc-facts.ch http://de.wikipedia.org Techniques for nuclear and particle Phyics Experiments, W.R.Leo Steffen Litzinger 04/2012 26