SPADI-A DAQ マニュアル/実装事例/中規模実験/RARIS NKS2 BPM テスト実験の履歴(No.6)

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- 1 (2024-08-21 (水) 16:32:28)
- 2 (2024-08-27 (火) 15:05:54)
- 3 (2024-08-29 (木) 15:03:36)
- 4 (2024-11-07 (木) 16:34:15)
- 5 (2025-02-09 (日) 13:22:19)
- 6 (2025-02-09 (日) 18:37:43)
- 7 (2025-02-09 (日) 20:35:47)
- 8 (2025-02-27 (木) 11:58:01)

RARiS NKS2 BPM テスト実験†

(執筆完了時削除 --> 執筆責任者: 洲波泥太郎, 執筆締め切り: 2024/xx/xx)

実験の目的†

東北大学先端量子ビーム科学研究センター(RARiS) 第二実験室BM4ビームラインでは、1 GeV領域の実光子ビームを用いたハドロン・ハイパー核生成分光実験を展開している。主な実験プログラムは以下の通りである。

Strangeness production in the threshold region
Λn interaction via FSI in γ + d → K⁺ + Λ + n
Lifetime measurement of ³ΛH
etc.

BM4ビームラインでは、上記のような物理実験を行う際に光子ビーム軌道とビームサイズをモニタリングするため、シンチファイバーとSiPMを基本構造としたビームプロファイルモニタ(BPM[1])を導入している。合計３台のBPMと、光子標識化装置Taggerとのヒット情報を組み合わせることにより、エネルギーを同定した上で光子ビームプロファイルの即時測定が可能である。
従来のBPMによるビームプロファイリングでは、Hadron Universal Logic (HUL) を用いたstrTDC[2]を用いてきた。しかし、HULのstrTDCはメインストリームの機能ではなく、光子標識化装置(Tagger)との同時計測事象の選別や、光子イベントの即時測定困難などの問題がある。
　そこで、本課題ではBPM用DAQとしてストリーミング専用DAQモジュールである「AMANEQ」を導入することで既存の問題点を解消し、標識化光子ビームの即時測定を実現することを目的とする。

[1] R. Kino et al., NIM A 1070 (2025) 169992
[2] R. Honda et al., PTEP (2021) 123H01.

↑

実験セットアップ†

図１に実験を行なった第二実験室BM4ビームラインの模式図、図２にBPMの内部写真と検出部分の模式図を示す。Sweep電磁石上流側にBPM1、NKS2スペクトロメータ入口にBPM2、ビームライン最下流にBPM3（旧HSBPM[3]）を設置した。BPMは、荷電粒子VETO層(1 ch)、電子陽電子コンバーター層、x-y位置検出層(15+15=30 ch)、トリガー層(1 ch)の計32 chから成るコンパクトな検出器である。特にBPM1, 2のx-y位置検出層は直径0.5 mmのシンチレーションファイバーから成り、1秒間のデータ収集で約10 µmの位置精度で光子ビームプロファイルを行う。これら検出器は既設であり利用実績がある。

図１　第二実験室BM4ビームラインの模式図

図２　BPMの内部写真と検出部分の基本構造

図３にDAQの全体像を示す。合計4台のAMANEQ基板を用いた。うち１台はMIKUMARIシステムを搭載した親基板とし、DAQ用のPCとの通信を行う。子基板である３台のAMANEQにはHigh Resolution TDCのファームウェアをダウンロードし運用した。３台のBPM（合計96 ch分）は２台のAMANEQを用いて読み出した。また、光子エネルギー同定のため、標識化装置Tagger[4]の読み出し30 chと併せて、spill構造と同期したデータ収集のため、ラジエータコントロールと同期したタイミング信号、TDC校正のための加速器RFと同期したタイミング信号(pre-scaled, 12 kHz)を入力した。MIKUMARIシステムによる時刻同期、補正とNest DAQによるイベントビルドの導入で、光子ビームプロファイルの光子エネルギー依存性、spill内時間依存性を即時測定で評価することが可能になる。