Messung von parasitären Bunchen in PETRA

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Einige Voraussetzungen für die Nebenbunchmessung (in HASYLAB-6) :

(1) HASYLAB-Blendensteuerung auf 'Automatik'
(2) +12V über HASYLAB-Blendensteuerung mit Detektor verbunden
(3) Hochspannung EIN und auf ca. 260 V (?), Vorsicht, nicht zu hoch einstellen !
(4) auf Kassette 'MDI-Blendensteuerung' Schalter auf 'PC-Control'
(5) Beamshutter BH6 muss ZU sein, um Blende öffnen zu können
(6) e+ oder e- in PETRA füllen, normalerweise bei 7 GeV messen
(7) Sync-Frequenz ist 10,4 MHz (96 ns), entspricht Bunchabstand bei 80 Bunchen
(8) Strahlweg muss frei sein: Ventil V0, Absorber, Schnellschlussklappe offen
(9) Auf Device-Server-PC PENEBU in HASYLAB-6 muss Server-Software laufen

Detektor :
   
In der PETRA-Beamline befindet sich vor dem ersten Beamshutter, im sog. PETRA-Winkelgang, ein Foto-Detektor (APD), der durch eine Blende geschützt wird. (s. PETRA beamline web page). Zum Messen muss die Blende rausgefahren werden. Bei Undulatorbetrieb (BH6 offen) kann die Blende nicht geöffnet werden. Blende öffnen und messen möglichst nur bei 7GeV. Der Foto-Detektor reagiert auf Synchrotron-Strahlung der Ablenkmagnete.

Foto vom Detektor im PETRA-Winkelgang

Detektorelektronik :

Die Detektorelektronik befindet sich am Detektor im Winkelgang und in einem NIM-Überrahmen in HASYLAB-6. Darin stecken: ein Netzteil für die HV-Versorgung des Detektors, zwei Kassetten für die Blendensteuerung und eine 4-Kanal-CFD-NIM-Kassette für den Detektor.

Messelektronik und Device-Server-PC :
 
Die eigentliche Messelektronik steckt im Device-Server-PC, der unmittelbar über dem NIM-Rahmen im selben Rack eingebaut wurde. Darin sind zwei PC-Karten eingebaut: eine TDC-Karte (Time-To-Digital-Converter 'TimeHarp 100' von PicoQuant) sowie eine Keithley-Karte (CTM05, Dig.I/O und Frequenzmessung). Die TDC-Karte misst die Zeitabstände zwischen den Foto-Detektorpulsen und den 96ns-Synchronisations-Pulsen und ordnet sie in ein Histogramm (MCA=Multi-Channel-Analyzing). Bedient wird der PC von einem Konsolprogramm im BKR.

Messung vorbereiten :
 
Wenn PETRA mit Elektronen/Positronen gefüllt wurde (unbedingt im 96ns-Raster), dann sollte ein spezielles File existieren und angefahren werden, das den Orbit optimal für die Messung einstellt, die Energie sollte bei 7 GeV bleiben. Zum Messen Blende öffnen und die Countrate ansehen. Sie sollte nicht höher als 500000 sein, maximal 2 Mio. Ist sie zu hoch, dann ist wahrscheinlich die HV zu hoch. Ist sie zu klein, dann ist vielleicht die Strahllage im Nord-Osten nicht optimal und könnte mit geeigneten abgeschlossenen Beulen nachgestellt werden.

Messung :
    
Im Programm Einstellungen ansehen und Messung starten. Die Messung kann jederzeit gestoppt werden. Bei einem Neustart der Messung werden die alten Daten aber gelöscht, - deshalb nicht zu früh stoppen. Soll nicht mehr gemessen werden, dann bitte wieder die Blende schliessen. Sie schliesst aber auch automatisch 10 Minuten nach Ende der letzten Messung.

Hauptfenster für Nebenbunchmessung

Software-Einstellungen im 'Control Panel' :
    
Offset : Rechts-Verschiebung des Histogramms möglich, 0...+2000ns
Resolution : Einstellen der Auflösung, am besten 70ps, 140ps oder 280ps
AcqTime : Zeit in Sekunden bis zum automatischen Stop der Messung.
CFDZCr : CFD-Eingang-ZeroCross, am besten bei 10mV lassen.
CFDLv : CFD-Eingang-Level, am besten bei 150mV lassen.
SyncLv : SYNC-Eingang-Schwelle, am besten bei -200mV lassen.
AcTi/Bl : Messzeit pro Block, am besten 32ms lassen
'Init TDC' : Sollte nie nötig sein. Wenn doch, dann bei keiner oder kleiner Countrate.
'Save INI' : Letzte Einstellungen sichern, falls ReBoot 'Device server'.

Immer nach 32 Blöcken wird das Histogramm zur Konsole gesendet. Die Mess-Zeit für einen Block sollte 32 ms sein. Damit wird nach 32x32ms=1,024s ein neues Histogramm gesendet. Ist AcTi/Bl 31ms, dann nach 31x32=992ms. Ist die Zeit zu kurz, dann schafft der PC es nicht, die Daten abzuräumen und zu senden, ist die Zeit zu lang, dann kommt ein Overflow, also am besten 32ms lassen. Die Einheit für AcqTime ist damit nicht [s], sondern (AcTi/Bl x 32) = 1,024s, wenn AcTi/Bl=32ms.

TDC Control Panel

Wie misst die TDC-PC-Karte :
 
Ein Puls, erzeugt aus dem Bunch-Lichtblitz oder ab und zu auch vom Nebenbunch-Lichtblitz, wird mit dem 96ns-Synchronisationspuls verglichen und die Differenzzeit in einen Kanal abgelegt. Bei z.B. 140ps-Aufloesung werden die 96ns also in 685 Kanaelen (96ns/0,14ns) abgebildet. Nach und nach fuellen sich die Kanaele an den Stellen, wo sich der Bunch und eventuelle Nebenbunche befinden. Der TDC misst immer 32 Bloecke (Histogramme) und addiert sie, dieses wird dann Bank genannt. Die Bank mit allen 4096 Kanaelen wird vom Server ausgelesen und zur Konsole gesendet. Da die Kanaele mehr als 65535 (2^16) Counts haben koennen, reicht kein 16-Bit Integer als Zahlenformat. Deshalb werden sie nicht wie sonst bei PETRA mit dem IPX-Call uebertragen, sondern mit TCP/IP (TINE, wie bei HERA).


Beispiel einer Messung :

Bei dieser Füllung (Messung wurde im Oktober 2002 gemacht) ist die DESY-2-Injektions-Energie nicht korrekt eingestellt.

Noch zu machen :
Hardware :
- Ev. Pulslaenge auf 1 bis 3ns verkuerzen (jetzt 5ns)
- Ab und zu APD-Alterung kontrollieren
- ev. HV-Steuerung vom PC
- ev. Hauptbunch ausblenden, mit Filtern arbeiten
Server-Software :
- wenn kein PeCycle, dann Timer-Update alle 4s (?)
Client-Software :
- ev. verhindern, dass bei 12 GeV gemessen wird (?)
- 30min-Autostop anzeigen ? Wo ?
- Blende Oeffnen-Schliessen in Hauptform (?)
- Hauptbunch- (Maximum-) Erkennung
- Zaehlen der Counts nach Hauptbunch und auswerten,
   Verhaeltnis Hauptbunch-Nebenbunche, Anzeige fuer Operateur
- richtige zeitliche Lage des Hauptbunches erkennen (?)
   ev. wichtig, um Springen des Triggergenerators zu erkennen
- 'Fit to PETRA buckets': im 2ns-Raster Counts anzeigen
- mehrere Histos gleichzeitig darstellen
- Save Histo, Load Histo (File-System)
- Mit Poisson-Statistik pile-up-Effekt (zu hohe Countrate) korrigieren
- Detektor-Rauschen durch Faltung mit Fkt.Gen.-Histogramm eliminieren