Исследования и разработки для модернизации супердетектора КМС установки CMSНИР

Research and development for the upgrade of superdetector KMS of CMS apparatus

Источник финансирования НИР

Хоздоговор, Хоздоговор

Этапы НИР

# Сроки Название
1 18 февраля 2019 г.-31 августа 2019 г. Исследования и разработки для модернизации супердетектора КМС установки CMS
Результаты этапа: Полученные в ходе выполнения НИР результаты: ● Разработана концепция, смонтирован и введен в эксплуатацию стенд крупномасштабной (для одновременной работы с большим количеством модулей) наладки и тестирования модернизированных модулей торцевого калориметра с кремниевыми фотоумножителями. Проведена наладка и диагностика проблем для полного комплекта обновленной электроники торцевого калориметра. Разработано программное обеспечение для системы контроля аппаратуры установки КМС, позволяющее осуществлять контроль электрических параметров обновленной электроники. Разработан электронный модуль, позволяющий оперативно проверять правильность подключения и параметры низковольтного питания модулей. ● Выполнено специальное диагностическое исследование причин отказов электроники двух секций торцевого калориметра, в ходе которого было установлено, что вероятной причиной отказа является неэффективная защита по низковольтному питанию. По результатам исследования выработаны рекомендации по модернизации серийного варианта электроники, используемой в аналогичных подсистемах эксперимента КМС и других супердетекторах на БАК. ● Разработана методика тестирования и предварительной калибровки торцевого (HE) калориметра установки КМС с помощью радиоактивного источника. Для выполнения данных исследований модернизирована и введена в эксплуатацию система транспортировки радиоактивного источника внутри калориметра, дополненная коммутационным соединительным модулем. Разработана и протестирована методика определения возможных повреждений трубок транспортировки источника. Создан, протестирован и введен в эксплуатацию комплект программного обеспечения, обеспечивающий оперативное управление работой системы транспортировки источника, контроль напряжения и тока мотора, запись и визуализацию данных (отклики модулей калориметра на сигнал источника) и первичную обработку полученной экспериментальной информации. Вышеперечисленные компоненты системы в полном объеме протестированы на специальном стенде и в рабочих условиях и введены в эксплуатацию. ● Проведено полное тестирование и первичная калибровка торцевых калориметров установки КМС с помощью радиоактивного источника после замены считывающих модулей с ФЭУ старого образца (HPD) на модернизированные с кремниевыми фотоумножителями (SiPM). Для выполнения исследования модернизирована система транспортировки источника внутри калориметра и создана система хранения и транспортировки источника в экспериментальном зале. Разработано дополнительное программное обеспечение, осуществляющее предварительную обработку сигналов (с учетом требований обновленной электроники), а также заполнение базы данных, включающей маркировку и собственно первичную базу сигналов. Выполнено сканирование 2673 трубок в отношении пригодности к калибровке с источником и измерения сигналов от светочувствительных элементов калориметра с 2428 трубок. По результатам измерений установлены поврежденные («мертвые») слои, выявлены и устранены ошибки в карте считывания сигналов и создана первичная база калибровочных данных, используемая впоследствии для настройки и предварительной калибровки торцевого калориметра. ● В связи с модернизацией супердетектора КМС, потребовавшие замены электроники считывания стандарта VME на новый стандарт телекоммуникационных вычислений microТСА, была поставлена задача создания системы мониторинга и контроля параметров адронной калориметрической и триггерной систем. В ходе выполнения НИР осуществлена разработка ПО коммуникационного сервера связи электроники с микроархитектурой для телекоммуникационных вычислений (mTCA) с центральной системой диспетчерского управления и контроля супердетектора КМС в среде многооконного центра с открытой архитектурой WinCC OA. Разработанный сервер связи обеспечил надежный и быстрый интерфейс связи между нижнеуровневым оборудованием, т.е. электроникой считывания данных и верхнеуровневой программой мониторирования и контроля. Программное обеспечение осуществляет прохождение, распознавание, дешифровку и первичную обработку входных потоков информации возникающих при обмене данными, полученными с произвольного набора электронных модулей крейтов mTCA и последовательную передачу их в произвольно заданный распределенный набор высокоуровневых программ мониторирования, обеспечивающих надежность работы электроники крейтов, а также функции мониторинга и контроля, хранения информации и выработки предупреждающих сообщений. Установленное ПО и отладка его на тестовых стендах ЦЕРНа и ДЕЗИ демонстрирует стабильность работы и отсутствие сбоев в синхронизации работы электроники крейтов microТСА. ● В проекте управления калибровочным стендом малоуглового калориметра CASTOR разработано специализированное программное обеспечение, позволяющее осуществлять непрерывный контроль и управление работающей аппаратуры высоковольтного и низковольтного питания электроники МАК. Разработанное в рамках НИР ПО для управления и контроля работой калибровочного стенда малоуглового калориметра CASTOR позволяет удаленно осуществлять полный контроль и управление параметрами, установками и режимами работы высоковольтного и низковольтного питания калибровочного стенда. Это исключает постоянное присутствие дежурного на стенде и обеспечивает безопасный режим работы стенда в течение длительного времени, необходимого для проведения калибровочных исследований на космических лучах. В периоды между ионными облучениями малоугловой калориметр установлен на калибровочном стенде и используется для калибровки на космических мюонах. В связи с конструктивными особенностями калибровочного стенда, калибровка детектора CASTOR производится раздельно по сторонам FAR (дальняя сторона) и NEAR (ближняя сторона), что потребовало создания ПО для двух независимых проектов в среде многооконного центра с открытой архитектурой ● В соответствии с планом исследований коллаборации КМС после модернизации БАК в условиях высокой светимости малоугловой калориметр CASTOR участвует в сеансах по набору статистики с тяжелыми ионами. В результате выполнения работ по договору было разработано и введено в эксплуатацию обновленное программное обеспечение системы контроля и управления малоуглового калориметра МАК и его калибровки при различных наборах сканирования катодного и динодного высоковольтного питания каждого канала во время проведения сеанса на тяжелых ионах, что позволяет подобрать оптимальное значение высокого напряжения для каждого канала ФЭУ малоуглового калориметра. Надежная работа системы мониторирования малоуглового калоориметра в сеансах по набору статистики осуществляется при экспертном сопровождении разработчиков ПО системы контроля и управления МАК в среде многооконного центра с открытой архитектурой WinCC OA. ● Исследованы наблюдаемые в эксперименте калориметрические струи и струи, реконструированные с использованием данных калориметрических и трекерных детекторов. В частности была исследована энергетическая шкала струи по компонентам в новой геометрии детектора и были рассчитаны необходимые поправки на энергию, котрый подразделяются: первый уровень коррекций на энергию от дополнительных событий и поправки на калориметрические пороги в зависимости от энергии струи и ее псевдобыстроты, поправка на абсолютную шкалу энергии струй в зависимости от энергии струи и ее псевдобыстроты. Данная поправка представлена в виде 83 кривых. Работа была доложена на коллаборационных совещаниях. Данные исследования необходимы при использовании струй для выделения разнообразных физических процессов. ● В части развития системы РМ мониторинга радиационных полей в критических областях установки КМС, предназначенной для измерения потоков нейтронов и доз ионизирующих излучений и дополнительного контроля светимости, основные экспериментальные исследования по данной теме были посвящены калибровке нейтронных мониторов в лабораторных условиях и методическим работам по изучению и развитию системы для ее использования в условиях максимальной энергии и светимости коллайдера. Исследованы причины нестабильности в работе электроники низкого уровня нейтронных мониторов и даны рекомендации по их устранению. Создан стенд для калибровки нейтронных мониторов на базе новой дозиметрической лаборатории ЦЕРН. Проведена калибровка и перекалибровка ряда нейтронных детекторов, проведены тесты стабильности долговременной работы и эффекта прогрева мониторов, проведены исследования функций чувствительности мониторов в зависимости от толщины модератора и взаимного влияния мониторов. Выполнены дополнительные измерения нейтронных полей в удаленных от пучка областях установки КМС и исследования неоднородности нейтронных полей в экспериментальном зале установки. Выполнено специальное исследование проявляющегося при экстремально больших светимостях свыше 15000 мкбн-1/с эффекта насыщения, измерено «мертвое» время системы и даны рекомендации по введению интерактивной коррекции в измерения светимости. ● Для включения системы РМ в группу подсистем BRIL установки КМС разработано, протестировано и введено в эксплуатацию дополнительное программное обеспечение, позволяющее осуществлять обмен информацией с системой контроля светимости и пучковых условий. В частности, система РМ принимает статусные данные от установки КМС и коллайдера в целом и, в соответствии с ними, передает данные нейтронных мониторов в формате, необходимом для их использования для дополнительного контроля светимости. Реализован ряд опций в работе программного обеспечения системы РМ, предусматривающих как ее взаимодействие с BRIL, так и переход в работу в автономном режиме. Кроме того, разработано в рамках принятых на установке КМС стандартов систем медленного контроля и введено в эксплуатацию программное обеспечение для визуального контроля и управления работой системы РМ со стороны дежурного оператора BRIL.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".