修士学位論文

  前後方ミューオントリガーシステム
オンライン系の開発と統合テストビームによる動作検証
東京大学 大学院
理学系研究科 物理学専攻
坂本研究室
藤井 祐介

 年  月  日

概 要
年より開始される。
欧州合同原子核共同研究機構  において、 実験が検出器は大型陽子陽子衝突型加速器   の衝突点に設置され、重心系で  のエ
ネルギーを持つ。 実験では、素粒子の質量の起源を担うヒッグス粒子の発見や、標準理論の枠組みの外に予言されている超対称性粒子の発見を目指している。 実験開始まであと 年余りとなり、今年度は全検出器でのテストビームを行った。われわれはこの 検出器の中で、前後方ミューオントリガーチェンバーとして用いられる  システムの開発を行っている。この論文では、最終デザインの完成しつつある  エレクトロニクスの  での動作検証について論ずる。


目次
第

章 序論

第  章  実験





 













の目指す物理標準理論  粒子  
超対称性粒子  超対称性  粒子
 
 
その他の物理 検出器

インナーディテクター
カロリメータミューオン・スペクトロメータ
マグネットシステム!" システム 実験でのトリガー









#





$









% &' %()



第  章  ミューオントリガーシステム
  の構造
 の配置
 トリガースキーム  エレクトロニクス
システム全体 エレクトロニクスの設置 ! *(+)

00 0-, 0'(  1

#


#
$
$


,*) !-)'.) .)/(& .)/  1



$

2 2 .3' .').(()





!





0








!-.) .').(
.)/

00
0

#

)&- 0-, 0'( .)/0-5

0







4

$

,60 .)/-.) .-

7

)

$

8-,

 / 93 !)&) .)/ 9!#

第,6*

)68-, .').(() .)/






$ .').( .'+3).' 1'):- .)/ 1

章 テストビーム 目的ビーム
 検出器


#




 3*

$



チェンバー

エレクトロニクス
トリガー !" セットアップ

$

#



4

#

#



, &( ))

#

#

$



$
#

! ./ ) !;

#

#

!" ソフトウェア

#

##

.'(' ソフトウェア

#

#$

テストビームでの !"## !"

#$

$

#$

9!

$


イベント :.)
.'(' ソフトウェア開発
 
目的
 
 エレクトロニクスコントロール 
! ソフトウェア
データベース  # での ! ソフトウェア

 $
 






'( .)/ .*3)

.'(' 環境の動作検証

#
#
#
#
$
$
$
$

!" ) 及び ))

$



$

データサイズスケール
 動作検証  チェンバーオペレーション 
タイミング調整  ヒットマップ
  トリガーアウトプットの検証 # シミュレーションでのコンシステンシーの検証 $ <01 へのデータ転送の検証 
レイテンシー .='/ )3'

第

#$

$
$#
$#
$$


$




 <!6 相関







インナーディテクター、カロリメータからのデータ

章 まとめ


付 録  略語一覧

&

図目次


  加速器





<





(-





 6



#

 生成のファインマン・ダイアグラム#$ 生成断面積の質量依存# 崩壊分岐比の質量依存

$



標準





 粒子発見の可能性

測定器
 インナーディテクターの構造
 カロリメータの構造 ミューオン・スペクトロメータ
 ミューオン・スペクトロメータ 6> 断面図 <! の構造
# マグネットの構造$  と磁場積分強度の関係
 ?6 平面の磁束の構造 @A # ))!" システム  トリガー処理の流れ*).' の配置と構造










#
$




ワイヤサポート  の断面図  の )*( 左 と /.3=( 右 の構造
#  の時間分布
$ 6> 断面での  のレイアウト< *&. での  の配置と区分
 0 測定の原理  トリガーの判定方法
  エレクトロニクス  エレクトロニクスのデータの流れ  エレクトロニクスの配置
  エレクトロニクスの配置 6> 断面






#
$




  ! .)/# 00  1 のブロック図



$



  .36.:  ブロック図

&





.36.:  ブロック図  .36.: 1B%1 ブロック図




ブロック図



デクラスタリング  2 内部の模式図

0 .)/ の構成図  0

#



 


#

.)/

)&- 0-, 0'($ # 0 60-5 の構成と配置

$

 $

0 ワイヤ ブロック図

0 ストリップ 

0 .)/



 







 ブロック図 での処理の流れ





ブロック図

7



 9!









# 1







 配置図
インナーディテクターとカロリメータ配置図
 ディテクター配置
インナーディテクターとカロリメータ

#

#

C<!

#$

 チェンバー配置

$










チェンバータイプとエレクトロニクスタイプ
 エレキ 3* チェンバー・0 ボード0 クレート  クレート 9! クレート$ 4#  データフロー

#

#

#

 でのデータフロー







$ 9! ) 図

#



#

.'('

 *).'## .'(' パネル

##



#

.='/ / :.)  ' 図#

コントロール   データベース構造#  -.'+

$

$



&

 # -.'+3) *).-

$

 $



$



 スキャン 縦軸Dエフィシエンシー$#

層毎のエフィシエンシー 縦軸Dエフィシエンシー 横軸D層  !(4 *)) チューニング
上から C C
 < /(4 -3)& <  -3)& 上から C C
 < /(4 -3)& 上から !C!# <  -3)& 上から !C!# < /(4 -3)&
上から !$C!
# <  -3)&
上から !$C!

$#

$ < , *



 



<

$$
$
$
$
$

, * < , *60 分布.1 分布に対応する =*).+(





6.1 分布






.8 0 /(4 -3)&# .3*3 /(4 -3)&

#



リードアウト -.''-4 -,-5
# パターン  での代表的な , *
上がビーム上流
$ <016  の 0 コンシステンシー
 <016  の .1 コンシステンシー <!6 からの外挿 赤D1 緑D< 青D9 <!61 からの外挿と  相関
# カット後の <!61 からの外挿と  相関
# <!6< からの外挿と  相関 赤D$-, 緑D -, 青D-,# ( & () 0 トリガー
# ( & ()  トリガー# ( ')4 0 トリガー
## ( ')4  トリガー#$ インナーディテクターと <! にトラックがある場合とない場合の 0
# 0 と 0$ でのビーム
# 0 の場合の , 分布
# 0 の場合の .80-.'-/'-6/(

&

$








#
#
$
$



表目次


  加速器の主なパラメーター で使われる主な信号






/) データ#$

モジュールへのアクセス ./3( 毎のパラメーター数と -.'+3) 時のエラー テストビームと  B  での -.'+3) 量の比較
# ビームタイム
$ テストビームと  実験でのスケール

トリガーエフィシエンシー0 出力 -.''-4 エラー 6<01 間 1! のずれ レイテンシー
 テストビームと  実験での違い

&

$
$
$
$
$


$




第 章 序論
現在スイス・ジュネーブにある欧州合同原子核共同研究機構  にて大型陽子陽子衝突型加速器   ) /).' .((/) 計画が進んでいる。  は重心系  のエネルギーを実現する陽子陽子衝突型加速器で、年に運転を開始する予定である。  の衝突点の一つに設置されるのが  検出器である。 検出器は現在標準理論で唯一未発見の粒子である  粒子、及び標準理論の枠組みの外に予言されている超対称性粒子の発見を目指す。
  のエネルギーが非常に高いことから、確実に散乱粒子を捕らえるため、 検出器の規模も全長   高さ  重さ
 と過去にない大きなものとなる。  のバンチ衝突は   であり、 バンチ衝突あたり平均  個の陽子
 < @ で起き、最大ルミノシティ

陽子非弾性衝突事象が起こる。そのような高頻度な事象と検出器の規模の大きさから、必要なイベントを効率良く選び出す !" システムも複雑なものとなる。トリガーシステムは  段階で構成され、われわれは、最初の段階である  トリガーの役割を担い、前後方ミューオン
トリガーチェンバーとして使用される  を開発してきた。
実験開始まで 年余りとなった今年度は、6 0 加速器からのビームを   と同じ
 < @ にバンチ化して使用し、 検出器に使用される全ての検出器を使用して本実験を見据えたテストビームが行われた。 検出器は過去の実験にない非常に大規模な装置であるが、データ収集の開始から終了まで全システムが同期を取ってコントロールされ、検出器の各部分が #'- 間隔で起きる事象を正確に特定し同じバンチのデータを収集しなければならない。そのため、システムは複雑なものになっておりテストビームでのデータ収集スキームの評価が必要不可欠である。 検出器のデータ収集系での特徴は、 #'- という短いバ
ンチ間隔のため、 トリガー時にパイプライン処理を行うことや、 ' )).').( と呼ばれるトリガーシグナルを正確に検出器全体に配るシステムが用いられていることである。またデータ収集系は、検出器の規模の大きさから、検出器の各部分毎に動作確認をすることができ、その後スムーズに各部分の集合体として動作出来るように設計されている。
テストビームでの目的はこれらの機能を備えた  検出器のスキームを検証することであり、各検出器の性能評価、部分毎に動作確認された各検出器の統合試験、!" スキームテストが行われた。 グループに求められるのは、トリガー検出器としてミューオンの発生したバンチを決定し、そのミューオンの位置と 0 横運動量 の概要をすばやく出力することである。このミューオンの結果は  のトリガー判定の材料となる。結果、ほぼ全ての検出器が同時にデータ収集を行い .='/ 3'、データ -.='/ / を取得した。また、われわ
れはこのテストビームで  が  実験に於いて  トリガーシステムの一部として機能できることを示した。各検出器グループは、 アクセプトされたデータを 9! /93 !)&) と呼ばれる < モジュールから 6'5 という共通な規格により送り出すまでのエレクトロニクスを開発する必要がある。この 9! が配置されるクレート 9! ) は、
9! よりも検出器に近いエレクトロニクスのコントロールを全て行うため、このクレートのコントロールは重要である。
この論文では、今回のテストビームでの 9! ) のコントロールを中心とした .'(' ソフトウェアの開発、トリガースキームを実現するための  エレクトロニクスの検証、を主眼に置いた -.='/ / 解析の結果をまとめる。第 章で  実験について簡単にまとめ、第  章で  について解説する。第  章で今回のテストビームについて述べ、第 #章で最後にまとめる。

第  章  実験
この章では初めに  実験が行われる   加速器について説明し、続いて  実験で発見が期待される物理、 検出器の各検出器について説明する。





  )

/).' .((/) は

年実験開始を目指して、スイスとフランスの国境にある （欧州合同原子核共同研究機構）にて地下   に建設中の周長約 5 の大型陽子陽子衝突型加速器である。図  に   の完成予想図を示す。ハドロンコライダーであるためシンクロトロン放射によるエネルギー損失が少なく、重心系  の高エネルギー領域の実験が可能である。陽子ビームは     個づつバンチ化され、バンチ・クロッシング・レート
は   < @ で、高ルミノシティ時には  回のバンチクロッシングあたり平均  回の陽子衝突が予想される。  の主なパラメーターを表  に示す。

8486m

図 D   加速器

主リング周長低 ルミノシティ
ルミノシティ寿命
衝突頻度
 バンチあたりの陽子数
バンチ数
衝突点のビーム半径$$$5-  - 





時間

  < @  個# 個
$

重心系エネルギー 陽子E陽子
高 ルミノシティ
入射エネルギー
バンチ間隔
バンチの長さバンチ衝突当たりの陽子衝突
衝突角度 E    -  - 
# 
#'#)/表 D   加速器の主なパラメーター  には  つのビーム衝突点がありそれぞれに、後述する大型汎用検出器  )./(  **)3 、

より小型の汎用検出器である < , .*- <3.' .('./
図  、重イオン衝突実験用検出器の 1  ) 1.' .((/) F*)' 図 、
60,4- に特化した検出器  6 図  が設置される。

図 D (-図  D <図 D  6 の目指す物理

実験の主要な目的はて簡単に説明する。

  粒子と超対称性粒子の発見である。以下にそれらについ標準理論  粒子 粒子は、ボソンとフェルミオンに質量を与える未知の粒子である。

実験の主要
 から  の広範囲な目的はこの  粒子の発見であり、 検出器は、質量 で  粒子を探索する能力を持つ。
 粒子は重い粒子と結合しやすいため、主に以下の４つの生成過程が考えられる。それ
ぞれのファインマンダイアグラムを図 # に、生成断面積と質量の関係を図 $GH に示す。

 





(3.' :3.'

トップクォークやボトムクォークのループを介した過程で、最も断面積が大きい。その反面、  粒子が崩壊して出来る粒子以外に大きな * 運動量 を持つ粒子がなく、バッ
クグラウンドとの選別が非常に難しい。
図 #D  生成のファインマン・ダイアグラム





図 $D

 生成断面積の質量依存7B> :3.'

クォークから放出されたゲージボソンから  粒子が生成されている。断面積も比較的大きく、反跳したクォークに起因する大きな * を持つジェットが 本観測される特徴があり、イベントの選別が比較的行いやすい。

 





7B> .- *)./3-.'

クォークの対消滅で生成されたゲージボソンから、更に  粒子が放射される過程。終状態にゲージボソン 7B> が観測される特徴がある。

  .* .- *)./3-.'

対生成されたトップクォークから、  粒子が放出される過程。断面積は小さいが、特徴のあるトップクォークペアを終状態に含んでいる。
次に  粒子の崩壊過程について述べる。崩壊過程の分岐比は図  GH に示すように の質量に依存しており、各領域で特徴的な崩壊過程が存在する。以下にそれぞれの崩壊過程を簡単に説明する。
 




この質量領域では、実は I、I、  #が支配的であるが、陽子陽子衝突から引き起こされる "! ジェットバックグラウンドと区別することが難しい。そこで希崩壊ではあるがを観測し、不変質量  分布を求めると、  粒子の質量が鋭いピークとして存在する。エネルギー及び角度分解能の優れた電磁カロリメータが必要となる。



 







#



よりも崩
 粒子が軽い場合、発見に有効とされているのがこのチャネルである。
壊確立が高く、7B> :3.' の生成過程を考えることでバックグラウンドと区別することができる。この場合、  のピークはバックグランドである > のピークのテールに現れる。 の崩壊にはニュートリノが含まれるので  の精度が重要になる。
#

図  D £   ¦  崩壊分岐比の質量依存 



このモードは、最も綺麗なピークが得られるモードの一つである。一つのレプトン対に対しては、不変質量  に等しくないという条件を課することが出来るが、 £ が仮想粒子であるため、もう一方のレプトン対の不変質量には制限が無い。そのため、検出器には運動量、エネルギーに対する高い分解能が求められる。

£ 、 £ 、 I、 I がある。このうち £ 、 £ は減らす
バックグラウンドとしては、ことは出来ないが、生成断面積もそれほど大きくない。 I、 I はそれぞれレプトン対が、起源または £ 起源であるという条件をつけることによって取り除くことが出来る。

  ¦   

# 





$ 





 



このモードが最も綺麗なピークを得られる。２組のレプトン対の不変質量が共に  に等しいという条件を課すことが出来るため、信頼性の高いモードである。ただし、 粒子の質量が大きくなるにつれ崩壊幅が急激に大きくなるため、有効性が落ちる。

 







この領域では、このモードの方が ¦ よりも分岐比が約 $ 倍も高い。  の不変質量は再構成することは出来ないが、これに起因する消失横方向エネルギー 
を精密に測定することが必要になる。

   











$





この領域ではこれらのモードが ¦ に比べて、  は約 #倍、 は約倍の分岐比を持つ。これらのモードでは、バックグラウン
融合過程によって生成された場合を考える。このドと区別するために  粒子が過程では、散乱角前方にクォークによる２つのジェットが特徴的で、このジェットを指標とすることでバックグラウンドを排除することが出来る。









$





最後に  実験における標準  粒子発見の可能性を図  に示す。図  より、 := の積算ルミノシティがあれば、標準  粒子は   の確からしさで発見できることを示している。

図 D 標準  粒子発見の可能性

超対称性粒子  

素粒子物理学の究極の目標は重力を含めた力の大統一であり、超対称性   の発見はこれに向けての大いなる一歩であると最も有力視されている。0 でのゲージ理論の精密検証の結果、超対称性による力の大統一の可能性が示された。
この超対称性は、ボソンとフェルミオンを交換する。つまり通常知られているボソンやフェルミオンに対し、スピンが B だけ異なりスーパーパートナーと呼ばれる超対称性粒子の存在を予言する。例えば、クォークやレプトン（フェルミオン）のスーパーパートナーとして、スクォーク J やスレプトン J  ボソン）があり、グルーオン（ボソン）のスーパーパートナーとして、グルイーノ J（フェルミオン）がある。もし、この理論が正しければ、  では強い相互作用をするスクォークやグルイーノの対が大量に生成され、超対称性粒子の発見が期待される。
 パリティ保存則を課すと、超対称性粒子は必ず対で生成され、次々と崩壊を繰り返す。崩
¦壊仮定によっては比較的重いニュートラリーノ J   やチャージーノ J  が生成されることがある。そして、最終的に超対称性粒子のなかで最も軽い質量を持つ  0 ,  0)-( になる。この  0 の候補としては最軽量ニュートラリーノ J  が考えられるが、この粒子は直接観測にかからない。しかし、解析に於いて消失横方向エネルギー  として現れるので、ジェットと共に  を指標として探索を行う。主な崩壊として以下の３つがある。


 モード

 <3(KE


J






J
J

 K E J 同符号のJ K E 


レプトン・モード

J



¦ 




J
J

  レプトン・モード

JJ¦ J  K E ¦ E   ¦    J E J   E  


J 
J

 









超対称性  粒子

超対称性理論の中で最も単純な < < <'( 3*)4)- F'.' .: '/)/<./( では、 つの  重項が要求され、結果的に # つの  粒子が導入される。この# つはそれぞれ、 ¦ 荷電スカラー、 中性軽スカラー、 中性重スカラー、 中性擬スカラー である。これらの  粒子の質量は つのパラメーター '  、 で表される。
以下に、< < 中性  粒子の崩壊モードで観測が期待されるものを説明する。
  



標準  粒子の場合はこのモードは分岐比が低く観測に適さないが、< < では高い分岐比が期待される。生成された  粒子の両方がレプトンに崩壊するチャネルと、一方はハドロンに崩壊するチャネルの 種類のモードが利用できる。




  



に比べて、分岐比は    倍低いが、精度よく測定が行えることから  
モードでの測定を補う役割が期待される。
B



 







崩壊モードは、
I
I が支配的だが、このモードでは効率の良いトリガーが行えなII
いため、
 チャネルで観測されることが期待される。イベントレートは低いが、つの異なる  粒子の反応という意味で非常に興味深い。



 





つの  粒子が関係した反応として興味深い。
のレプトンでトリガーを行う方法が有効である。

 





I


など

の崩壊で生じる つその他の物理

実験の目的は上で述べた新しい素粒子現象の探索以外に標準理論の検証、ボトムクォー
クの精密検証、"! の精密検証などもある。
標準理論の検証はトップクォークの質量や部分崩壊率の測定などにより行われ、ボトムクォー
クの精密研究はボトムクォークの稀崩壊現象を探索し標準理論を超える物理を探る手段として
行われる。"! の精密研究はクォークに内部構造がないかということを高い横運動量を持つジェットの生成断面積の測定を通して行われる。

 検出器



検出器は、直径 、長さ  の円筒形で、総重量は C
 という巨大な汎用検出器である。その全体図を図  に示す。検出器は内側からインナーディテクター、カロリメー
タ、ミューオン・スペクトロメータから構成され、検出器の間にはマグネットシステムが設置されている。  の高いルミノシティにおいても、フォトン、電子、ミューオン、ジェット、 などの信号を高速かつ正確に処理できるように、以下のような要求を満たすように設計されている。G H

22m

44m

Y

R
X

Z

図 D  測定器

 電磁カロリメータによる高精度の電子とフォトンのエネルギーと位置の測定と、ハドロ
ンカロリメータによる高精度なジェットと消失横方向エネルギー  の測定

 ミューオン・スペクトロメータによる高精度のミューオンの運動量測定
 飛跡検出器による ,,6* レプトンの運動量測定
 広範囲のラピディティ £と完全な方位角のカバー


£は 擬ラピディティ   と呼ばれ、ビーム軸と粒子のなす角を  とすると
 高頻度のイベントを逃すことなく処理するシステム
 大量のバックグラウンドに対する耐放射線性


円筒型の  検出器は、バレルと呼ばれる円筒の筒に相当する   ）領域と、エンドキャップと呼ばれる円筒の円に相当する部分     の つの領域に分けられる。さらにエンドキャップは、円筒の円の中心（ビーム）付近より外側       の領域をエンドキャッ
プ、円の中心付近     をフォワードと分けて呼ぶこともある。
以下に検出器とマグネットについて簡単に説明する。





 



インナーディテクター

インナーディテクターはビームの衝突点に最も近い場所に設置され、  の磁場をつくる超伝
導ソレノイドの内部に位置する。図  にインナーディテクターの構造を示す。インナーディ
テクターは内部から順に、ピクセル検出器 0F(、シリコン・トラッカー 、遷移輻射トラッカー  の  つで構成されている。ピクセル検出器は、最内層にある半導体検出器で、高い位置分解能を持つ。シリコン・トラッカーはマイクロストリップと呼ばれる細長い有感領域をシリコン上に施した半導体検出器である。遷移輻射トラッカーは、半径  のストロー
チューブ検出器で、トラッキングの他に遷移輻射Ý を利用した電子の同定も行う。これらの検出器はいずれも非常に厳しい放射線下に置かれるので、高い放射線耐性が必要である。

TRT
Outer SCT
MSGC

Forward SCT
Inner SCT
図  D インナーディテクターの構造 

カロリメータカロリメータの主な役割は、電子や 線、ジェットなどのエネルギー、角度の測定である。
 実験に使用される  種類のカロリメータは、電磁カロリメータとハドロンカロリメー  で定義される。

Ý 遷移放射は、誘電率の異なる  つの媒介境界を荷電粒子が通過する時に起こる放射。遷移放射の全エネルギーは、ローレンツ因子  に比例する。



EM Accordion
Calorimeters

Hadronic Tile
Calorimeters
Forward LAr
Calorimeters

Hadronic LAr End Cap
Calorimeters

図 D カロリメータの構造

タの つのカテゴリーに分けられ、広い  領域をカバーする。図  にその構造を示し、以下に各カロリメータについて簡単に説明する。

 電磁カロリメータ
電磁カロリメータは、アコーディオン構造の鉛の吸収体と液体アルゴンからなり、放射線耐性に優れている。セントラル・ソレノイド・マグネットの内側に設置されバレルBエ
ンドキャップ領域をカバーし（図  の黄色部分）、電子と光子の同定に用いられる。

 ハドロンカロリメータ
バレル部（ピンクの線で囲われた部分）は鉄の吸収体とタイル状のシンチレータからな
るカロリメータが用いられる。放射線強度がより高いエンドキャップ部（赤部分）は、銅の吸収体と液体アルゴンからなるカロリメータが用いられる。更に、放射線強度の高い
フォワード部（緑部分）は銅とタングステンの吸収体と液体アルゴンからなるカロリメー
タが用いられる。これらは電磁カロリメータの外側に設置され、ハドロンの同定、エネ
ルギー測定、ジェットの再構成などを行う。

 

ミューオン・スペクトロメータ  で引き起こされる重要な物理現象のほとんどが終状態に荷電レプトンを含む。その中でもミューオンは物質の透過力が高いために、 検出器の外側でも他の検出器に影響されることなく検出することが出来る。ミューオン・スペクトロメータは、軌跡精密測定用の<! <.'.)/ !): 3=、  ,.)/ )* ,=) と、トリガー用の 0 &0( ,=)、 ,' * ,=) の  種類の検出器とトロイダル磁石から構成さ
れ、 検出器の一番外側に設置される検出器である。ミューオン・スペクトロメータの全体図を図  に示す。図のように <! はバレル部とエンドキャップ部の両方に設置される。
  は、フォワードの内側に設置される。0 はバレル部を、 はエンドキャップをカバーする。
図  の 6> 断面図にあるように、それぞれの検出器は  層に重ねられて設置される。超伝
導空芯トロイダルコア磁石がバレル部（図中の赤線の四角）、エンドキャップ部（図の下側中央



の青線の四角）に検出器に内包されるように置かれ、それぞれに  方向の磁場を作っている。
この  方向の磁場によって 6> 平面内で曲げられたミューオンの曲率を、 層の検出器で測定してその運動量を測定する。この 6> 平面での  方向の座標を第  座標と呼ぶ。理想的にはミューオンは  方向の磁場によって 6> 平面内で曲がるはずだが、現実には磁場の大きさが一様ではないために  方向にも曲がる。トリガー用の つの検出器 C 0 は、この  方
向の座標（第 座標と呼ばれる）を測定する役目も持っている。トリガー用検出器の一つである、 は本論文で対象とする検出器であり、 章で詳しく説明する。ここでは、他の  つの
検出器について簡単に説明する。

Cathode strip
chambers

Resistive platechambers
Thin gapchambers

Monitored drift tube
chambers
図  D ミューオン・スペクトロメータ

12 m

10
Barrel toroid coil8

6

4End-cap
toroid2
Radiation shield

0
20

18

16

14

12

10

8

6

4

図 D ミューオン・スペクトロメータ 6> 断面図2m

   
<! はバレル部、エンドキャップ部の広いラピディティ領域をカバーし、6> 方向成分を精密に測定することができる。その構造は図  に示すような、チューブ径  、ワイヤ径#  のドリフトチューブを積層したものであり、位置とドリフト時間の線形性に優れている。
位置分解能は $ 、総チャネル数は  万チャンネルである。

Cross plate

Multilayer

In-plane alignment
Longitudinal beam

図 D <! の構造      に置かれる運動量精密測定用のカソードス  は放射線の多い高ラピディティ領域 

トリップ読み出し <70 <3(67) 0).*.).'( ,=) である。構造はワイヤ間隔が#、ストリップ間隔が # 、ドリフト時間は  '- 以下であり、位置分解能は $ となっている。

!!" #$   #0 はバレル部




 

# に設置され、)6@ 方向、)6 方向の運動量を測定しトリガー判定を行う。トリガー判定用なので、時間分解能は   のバンチクロッシング周期の #'- より短い #'- となっている。

 

マグネットシステム

のマグネットは、中央のソレノイド磁石、バレル部、エンドキャップ部それぞれのトロイダル磁石の  つからなり、いずれも超伝導磁石である。マグネットの構造を図 # に示す。両トロイダル磁石は、 つのコイルがビーム軸に対して  回対称になるように配置されて$、エンドキャップ部で   である。ラピディティ
おり、積分磁場強度はバレル部で の値に対するトロイダル磁場の積分強度を図 $ に示す。トロイダル磁場は  方向成分が主







だが、磁場の不均一性は避けられないため、 方向成分も存在する 図  。

図 #D マグネットの構造

図  D ?6 平面の磁束の構造 @A #図 $D  と磁場積分強度の関係 実験でのトリガー



システム

  の最高ルミノシティ時には、  < @ のビーム衝突ごとに平均  個の陽子の衝突が起こり、イベントレートは約  @ にもなる。 イベントを記録するのに必要なデータ量は、
#<4 と見積もられている。記憶装置、計算機資源の制限から、膨大なバックグラウン
ドを含んでいる  @ で起こるイベントの中から物理的に重要なイベントだけを効率よく選び出すことが必要とされる。よって、 実験では段階的にレートを下げて行き、最終的に@ 程度までおとしてデータを記録する。そのトリガー !" システムの中で  は最初の段階である  の役割を担う。
 実験のトリガーシステムは図  に示すように （&(）、 （&( ）、
% &' %() の  段階のトリガーを設け段階的にレートを落としている。各レベルについて以下に説明する。

Interaction rate
~1 GHzBunch crossing
rate 40 MHz
LEVEL 1
TRIGGER LVL1
< 75 (100) kHz
L1A

latencyCALO

MUON TRACKING

Pipelinememories

2.5 s

RoIs
Derandomizers

RoI Builder

RoIB

ROD

ROD

ROD

Readout drivers (RODs)
Read Out Links (ROLs)

LVL2 Supervisor

LEVEL 2
TRIGGER

L2SV

L2Ps

~ 2 kHz

ROB

ROB

ROB

LVL2 & Event Builder
Networks

SFIs~ 200 Hz

10ms

DFM
Data Flow Manager

LVL2 Processors

EVENT FILTER

Read Out Systems(ROSs)Sub Farm Input

EF Farm
SFOs

Sub Farm Output

Mass Strage Data recording
図 D ))#!" システム

1sec

 



 トリガーは   < @ のイベントレートを #5 @ に落とすためのトリガーである。図 に示すように、 トリガーシステムは、カロリメータ、トリガー用ミューオン検出器
、0、<01 <3.' )) . 0 1'):-、0 ')( )) 0).-.)、 'C )) '/ .').( /)=3.' 4 から構成されている。基本的には#5 @ だが 

5 @ までのアップグレードが可能なように設計されている。カロリメータから、 、 、2 のエネルギー等の情報、ミューオン検出器からは高い 0 の値を持ったは、
ミューオンの情報が、0 に送られる。GH 粒子の衝突からトリガー判定をして、フロントエン
ドのエレクトロニクスへトリガーを送るまでの処理時間（レイテンシーと呼ばれる）は #以内でなければならない。そのため、情報量が多く、処理に時間のかかるインナーディテクター
からの情報は利用せず、トリガー用ミューオンチェンバー 、0 からの位置と 0 の情報と、精度を落としたカロリメータからのエネルギー情報によってトリガーをかける。各検出器からの情報は 0 に集められ、トリガー判定の結果  &( --* 信号が出される。
この  は  システムによって各検出器に配られる。
各検出器からの信号は、 バッファと呼ばれるパイプラインメモリに保持される。衝突が起きてから、 信号が来るまでの処理時間である #- の間、 #'- 毎にやってくる信号を全て保持するために、最低  イベント分を保持できるように設計されている。 信号を受け取ると、 バッファの内容はデランダマイザ /)'/.@) に送られる。デランダマイ
ザは不規則にやってくるデータを 9! / 93 !)&) に読み出されるまで保持する。デー
タはどのバンチ衝突のデータか、どの  で読み出されたデータなのかが分かるように、バンチクロッシング 1! 1!、1! 1! が付加され、圧縮されて 9! に送られる。9!
で各検出器毎にまとめられたデータは、 6'5 と呼ばれる規格の 9 / 93 '5 を通して 9 / 93 3L) へと送られる。9 を複数持つ一つのシステムを 9 / 93
4 と呼ぶ。
Calorimeter Trigger

Muon Trigger

Front-end Preprocessor
EndcapMuon Trigger(TGC based)

Cluster Processor(electron/photon andhadron/tau triggers)

BarrelMuon Trigger(RPC based)

Jet/Energy-sum
Processor
Muon Trigger / CTP
InterfaceCentral Trigger Processor

TTC

図 D  トリガー処理の流れ
$

RoI Builder

#$ %% #&!!
0 の役割はカロリメータとミューオンの情報を統合して、最終的な &( トリガーの判定を行うことである。カロリメータでは、 、 ハドロン、ジェット のそれぞれに対し、数段階の閾値が設けてあり、同様にミューオン検出器では、ミューオンの * について、数段階の閾値が設けてある。0 は最高 $ 種類のトリガー項目を設定出来て、0 が受け取る閾値を越えた情報とそのトリガー条件とを比較することで、 の有無を決定する。トリガー判定が終
わると、0 は  システムに対して、 トリガー結果 とトリガーの情報を送信する。
0 でのレイテンシーは  バンチ  '- 以下と決められている。

'#( %%  # (&<01 は  と 0 の情報を <01 に渡す役割を担う。0 と  は各々セク

タと呼ばれる単位ごとに 0 の大きなミューオンの候補を挙げて、<01 に送る。 の場合のセクタは、:.)8)/ 領域で円の  等分、'/-* 領域で円の  等分された領域であり、各領域からは  イベントに対して最大二つの候補が挙げられる。各候補の情報は、領域を表す
.1 .' .: 1') と 0 の二つである。<01 はこれらのトラックの候補を受け取り、境界部分での処理  と 0 の重なった部分で、一つのミューオンが両方の検出器に候補を出した場合、二つの候補となってしまうが、両方合わせて一つの候補と判定する を行ってから、ミューオンの候補についての情報を、0 へ送る。またその情報は  トリガーに送るため、.1 .13(/) に渡される G$H。

%) %%  $ !
 システムは、フロントエンドの各エレクトロニクスの同期をとるために、-(.-5 や などの信号を分配するシステムである。また、 は各検出器固有のテストやキャリブ

レーション用のコマンドを受信し、実行する役割も担う。表  に  が扱う主な信号を挙げる。
信号名 (.-5

主な特徴と機能
3'-,6).' '(。各エレクトロニクスを   のビーム衝突頻度  < @ に同期させるための -(.-5。

&(  --*。0 から送られてくる。

3'-, .3')  1! データがどの 1! に属するかを示す のリ1! 1!
1!

セットに使用。  の   の軌道周期 91 信号 に同期する。
&' .3') 。1! のカウンター データがどの  に属するかを示す のリセットに使用。
' 1!'+)。9!、9 でのバンチクロッシングのチェックに使用。
1! 1! と同じ。
3'-,6).' 1!'+)。9!、9 での &(1! のチェックに使用。
表  D  で使われる主な信号 は 実験全体で見た場合、いくつかの *).' に分割されており、例えば、の場合は左右のエンドキャップが各々 つの *).' を成している。ひとつは実験ホール用の*).' であり、もうひとつは 9! 用の *).' である。ここでつ用意するのは 9! のみが )) 7.)/ と呼ばれるトリガーの種類を特定する信号を必要とするからである。
 つの *).' は &G H と呼ばれる < インターフェイスを中心に構成される。
 で扱う信号は -(.-5 や .)= などの全検出器に共通に使用される信号の他、テストパルスを発生させる信号など各検出器に固有な信号も扱う。またこれらの信号はひとつの & に属するシステムには全て共通なものとなるため、*).' は各検出器毎に分けられる。しかし、各検出器の中でも設置される場所の違い等により、特にコミッショニング時や  )3' の場合に異なったトリガーが要求される。このような理由で各検出器の中でも *).' が分けられる。
一つの *).' は & と、0 .-( )) 0).-.)、&F、9!=34 の 
つのモジュールを必ず持つ。図  に *).' を示す。0 は、*).' の外部からの で扱う信号を全て受信する。  からは   < @ の  クロックと周期    の91 信号を、0 からは  信号を受信する。 と .)= は & へ送信され、-(.-5は &F へ送信される。
& は受信した  やテスト信号を &F に送信し、&F は受信した情報を加工した後、オプティカルリンクによってフロントエンドに設置される )FGH と呼ばれる  1 まで分配する。& から &F に渡される信号は、6,''(、6,''( という 種の信号に分配される。6,''( で扱われるデータは  だけであるが、6,''( では )Fに同期コマンド、非同期コマンドを送付することが出来、前者はテストパルスの発生等に用いられ、後者はパラメーターの設定などに用いることが出来る。)F では、受信した信号をフロントエンドに配置される各エレクトロニクスに分配する。また、9!=34 モジュールは、
*).' 内に属する 9! からの =34 を集め結果を 0 に渡す。0 が受け取った =34
は 0 に渡される。

図 

 

D *).'

トリガーではイベントレートは #5 @ から 5 @ 程度に落とされる。カロリメータ、<! からの情報、インナーディテクターからの完全な位置情報に基づいて、より精度を上げて処理を行うが、効率を良くするため、 トリガーの情報により選定された .1 .' .:1') と呼ばれる領域のみの情報を用いてトリガー判定が行われる。.1 とは大きい運動量を持ったジェット、電子、ミューオンなどが検出された領域である。
複数の  の結果が .1 .1 3(/) に渡され、そこで .1 が決定される。.1 は他の の情報と共に   3*).) に渡される。  は受け取った .1 及び  の

情報から  判定をするため、負荷分散アルゴリズムに従い、幾つかの  0  0).-.)
をそのイベントのトリガー判定に割り当てる。割り当てられた  0 は、 ネットワークを介して必要なイベント情報を 9 から受け取り、 判定を行う。その結果、 --*
信号は   に戻され !%< ! %(.8 <') に渡される。
 は 5 @ でトリガーを出し、 0 には最大で #台程度の 0 が使われる予定で、それらでパラレルに  判定の処理を行う。 イベントにかかる処理時間は  - 以下とされている。また、 判定はその精度をソフトウェアで自由に変えられるため、精度を落とせば  - より高速に  判定を行うことも出来る。
 --* 信号が !%< に送られると、!%< は負荷分散アルゴリズムに従ってデータを受ける %1 3= %) 1'*3 =3L) を割り当てる。 %1 はイベントビルダーネットワーク（物理的には  ネットワークと同じもの を介して 9 からデータを受け取り、フォーマット
に従ってイベント構築を行う。構築されたイベントは % に送られるために %1 内のバッファーに保持される。

   

% トリガーにより最終的なイベントレートが@ まで落とされる。% では全検出器の完全な情報を用いてトリガー判定がなされる。
% は全体で $台程度の 0 で構成される大規模なプロセッサ・ファームであり、幾つかの独立した % 3= :) から構成されている。% 3= :) は、スイッチング・ネットワーク
を介して一つ又は複数の %1 に繋がっている。% 3= :) では %! % ! M.8 -.').(*).) というプログラムが走っており、 %1 から完全なイベントデータを受け取り、トリガー判定を行う。あるイベントのトリガー判定が終わると、%! は %1 から次のイベントデー
タを取って来て処理を続ける。% 全体としてのトリガー・レートは@ であるが、各 %
3= :) で並列に処理が行われるため  イベントにかかる処理時間は - 以下とされている。
% トリガー判定のためにデータは %1 より % 3= :) に取り込まれる。% --* 信号が出ると、%! はトリガー判定のために生成された情報に、イベントの完全な生データを付加
し、 %9 3= %) 93*3 =3L) へとデータを送る。そして、 %9 から !5 に記録される。
１イベントで発生するデータ量は #<4 程度と見積もられており、最終的に  <4Bのデータが記録されて行く。

第  章  ミューオントリガーシステム
この章では、本論文の主題である  ミューオントリガーシステムについて説明する。
の構造、トリガー処理の方法ついて説明し、我々が開発を行っている  のエレクトロニク
スを説明する。そして、 エレクトロニクスが置かれる放射線環境について述べる。

 の構造 ,' * ,=) は で説明したように、ミューオンスペクトロメータの一



の領域をカバーする。
部で、エンドキャップに設置されるトリガー用の検出器で        の領域をエンドキャップと呼び、     の領域をフォワードと呼ぶ。図  に での  の位置とその構造の模式図を示す。 はエンドキャップ部分を円盤状にカバーするため、各チェンバーの外形は台形になっており、その大きさは配置場所によって異なるが、１辺が   ほどである。







Copper Strip
2.8mm

Carbon
FR4

6/+

1.8mm

1 2m

Ou
Wire
ASD(

+HV

t)

R

1

42+

2m

ASD(Strip Out)図 D  の配置と構造

構造はアノードとして直径 #  の金メッキしたダンクステンワイヤが台形の上底、下底と平行に張られている。カソードはガラス・エポキシ板に表面抵抗が約 <N のカーボンを途布してある。ガラス・エポキシ版を挟んだ反対の面には、１面を  分割した扇型の銅のストリッ
プがワイヤに直交して並べてある。ワイヤには図  に示すように約  - 毎にワイヤサポー

トがある。ワイヤサポートはワイヤのたるみを防ぐためだけでなく、ガスの流路の形成と の歪みを防ぐ役割も担っている。ワイヤは 本（幅にして   $ をまとめて１つのチャンネルとして読み出す。ストリップは  本あり、各ストリップはエンドキャップ領域では)/、フォワード領域では )/ に相当する幅 # #  を持ち、それぞれが  つのチャンネルとして読み出される。これにより  は 次元の読み出しが可能で、ワイヤにより  方向の位置を、ストリップによって  方向の位置の検出を行う。







 は、高エネルギー実験でよく使われる <70 <3(68) 0).*.).'( ,=) 型

チェンバーの１種であり、その構造は 枚の平行陰極板に等間隔に並んだ陽極線ワイヤが配置されている。ただし、 は図  で示すように、ワイヤ面とカソード間の間隔   がワイヤ間の間隔   よりも狭くなっているところに特徴がある。ワイヤの間隔が狭いのは電子のドリフト時間を短くし、バンチクロッシング間隔 #'- に対応できるようにするためである。ワイヤとストリップの間隔が狭いのは陽イオンのドリフト距離を短くし、粒子が高レートで入射してきても検出効率を落とさないようにするためである。

Gas In Gas=CO2(55):n-pentane(45)1.5m

Pick-up strip

Gas Out

Graphite layer
HV=2.9kVAuW wire 50
Sn/Zn Solder

1.25m

1.8 mm+HV
FR4 parts

50 µm wire

1.4 mmCarbon Surface
1MΩ /cm2

30cm

FR4 wire support width7mm
ceramics button type wire support

77mm

図 D  の断面図

図  D ワイヤサポート
 は、内部に! "

#" $"

1.6 mm G-10## # 混合ガスが満たされ、ワイヤには通常 5 の高電圧が印加されている。このガスは、紫外線を吸収し放電を起こしにくくするクエンチ効果という特性がある。ガス中を荷電粒子が通過すると、その経路にあるガス分子が電離されイオン化される。生成された電子は、アノード・カソード間の電場によって、アノードに向かう。ア
ノード（ワイヤ）近傍の電場は大きいので、移動してきた電子はさらにその周辺のガス分子をイオン化し、電子雪崩を起こし、これが信号として読み出される。同時にカソード面では、塗布された高抵抗のカーボン面に電荷が誘起され、外側のストリップにも電荷が誘起され信号として読み出される。
実際の  実験では、 は  層 '( では用いず、図  で示すように、 層 !.36=( または  層 )*( を重ねた構造にする。!.3=( の場合は 層のワイヤ面と 層のストリップ面から読み出しが行われる。)*( では、 層目にはストリップがなく、 層のワイ
ヤ面と 層のストリップ面から読み出しが行われる。多層にすることで、各層のコインシデン
スを取ってバックグラウウンドによるフェイク信号の影響を減らすだけでなく、ワイヤサポー
トによる不感領域の影響も減らすことが出来る。
トリガー用のチェンバーである  は、 #'- 毎に起こる   のバンチ衝突を正しく識別するために、 回のバンチ衝突による信号が #'- 以内の範囲に収まっていなければならな図 D  の )*( 左 と /.3=( 右 の構造

い。図 #G#H に、粒子が  を通過してから信号を出すまでの時間分布が  に対する粒子の入射角度によってどのように変化するかを示す。これは  の % を用いたビームテストの結果である。
約 #'- で最も早い信号が到達し、ここから #'- の間、つまり  '- までに到達した信号が同じバンチとして認識される。入射粒子が 度  に垂直に入射 の時、時間分布の値は #'- になっているが、入射角度の増加に伴い、ジッターは減少し # 度では #'- 以下まで小さくなっている。この垂直入射の場合に見られる到達時間分布の遅いテールは、ワイヤ間の中間近傍付近に生じる電場が小さい領域のみを粒子が通過することから生じている。しかし、実際の実験環境下においては  への入射角度は  度から # 度であり、その領域における時間分布は #'- よりも十分に小さい。

図 #D  の時間分布 の配置R(mm)M2(middle)
M3(pivot)

12000

middle MDT

M1
10000

8000

6000

EI

Inner MDT

end-capFI

forward

4000

2000
6000

8000

10000

12000

14000

16000

Z (mm)

図 $D 6> 断面での  のレイアウト

図 $ に示すように、 システムは <C< //(C < *&. と 1 '/-* 1'')C%1 %.)8)/ 1'') の # つから構成される。< は  層 )*( のチェンバー、< C< は 層!.3=( のチェンバーから成り、トリガー判定には主にこの計 層が使われる。また、内側から < では C C、< では !C!#、< では !$C! と各層を呼ぶ。これら５つがそれぞれ、 の両側のエンドキャップで円盤状に並べられて配置される。図  に *&. の配置を示す。黒い線で示されているセルが  つの  を表している。
 は B 円 円形状に配置した  を  方向に  等分したもの が  つの大きな単位となっており、データの処理、 の建設はこの単位で行われる。（図  の赤い線で示された部分）
レベル  トリガーに関連する部分では、B はさらにセクタと呼ばれる単位で分割され、図で示すように、エンドキャップを  方向に  等分した領域と、フォワードを  方向に 等分した領域をそれぞれトリガーセクターと呼ぶ（図  の水色の部分）。
トリガーセクターの  方向の幅がちょうど  枚の幅と一致する。さらにトリガーセク
ターはエンドキャップ領域では  方向に  分割、 方向に  分割、フォワード領域では  方向に $ 分割、 方向に  分割され、それぞれサブセクターと呼ばれる（図  の黄色の部分）。サ
ブセクターは  ワイヤグループと  ストリップに対応しており、これらはトリガー処理の最小単位であり、 つの .1 .' .: ') でもある。
 実験に設置される  の総数は約 枚で、全チャンネル数は  方向で約 万、
 方向で約  万になる。

Trigger
Sector

1/12

Sub-sector
T9

10

T8
T7
T6

5

T5

me te rs

T2

0

Forward

-5

-10

-10

-5

0
me te rs5

図  D < *&. での  の配置と区分



10



トリガースキーム
M2(middle)
M1(triplet)Rmagnetic
field

on
mu

pa

M3(pivot)thRZ
hi-PT WindowIn
M f inom ite
en
tu
m

Li

ne

Z=~14.5m
Z=~14mam
Be

Z=~13mL

ine

low-PT OK!!
R

X

low-PT Window

collision point

図 D 0 測定の原理

図  に、ミューオンの 0 の求め方を示す。まず、*&. でのミューオンの通過位置とビー
ム衝突点を結ぶ直線 1'+' <.'3 ' を考える。この直線は、0 無限大のミューオンが磁場の影響を全く受けずに直進してきた場合のトラックである。!.3=( 及び )*( で、
ミューオンが通過した位置と 1'+' <.'3 ' が通る位置の差を、、 方向それぞれに検出することで ÆCÆ の値を求め、ミューオンの 0 を検出する。トロイダル磁場が理想的な  方向成分のみの磁場であれば、Æ A となるが、実際には磁場は一様でなく  方向にも存在するので、 方向の変位 Æ も考えなければならない。
ミューオントリガシステムでは、.860 と ,60 と呼ばれる 種類の 0 に関する閾値を設けている。この閾値の値は、.860 が $ 以上、 ,60 が  以上となっている。
//( 及び )*( では、それぞれ Æ と Æ の上限が設定されており、上限の Æ と Æ で形成される領域をウィンドウと呼ぶ。//( でのウィンドウは、.860 以上の 0 を持つミューオンが通過できる範囲になっており、)*( のウィンドウは ,60 以上の 0 を持つミューオンが通過できる範囲になっている。
図  で示すように、 では 層構造、 層構造を利用したコインシデンス処理を行うことで、バックグラウンドによる偶発的なトリガーを抑えながら、トリガー判定を行っている。
.860 コインシデンス情報は *&.、//( の つの !.3=( を使用して求められる。ワ
イヤ、ストリップ共に  層のうち  層以上で、ウィンドウの範囲内にヒットがある  .3 .: #M3
pivot Doublet

3/4

Strip

Low-pT

M2
middle Doublet

High-pT

M1
Triplet3/4
Wire

Low-pT

RTrigger

2/3

High-pT

Wire(R)

Strip(

1/)

図 D  トリガーの判定方法
コインシデンス かどうかで判定を行う。
また ,60 コインシデンス情報の場合には、.860 コインシデンスの条件に加えて、)*(にワイヤでは  層のうち 層以上で .36.: 、ストリップでは 層のうち  層以上で  .36.:
 ウィンドウの範囲内にヒットがあるか無いかで判定を行う。
)*( ウィンドウは 0 が 以上の場合、確実にその範囲を通過するが、0 が $ 以
上のミューオンでも多くの場合 )*( ウィンドウの範囲を通過するため、0 の判定は ,60
コインシデンス情報を基に決定される。しかし  以下の場合、)*( ウィンドウの範囲から漏れてしまうこともあり、その場合には .860 コインシデンス情報を用いて 0 を判定する。

 エレクトロニクス

ここでは、 エレクトロニクスについて説明する。まず、システム全体のデータの流れ、及び配置を述べる。次に  エレクトロニクスで使われる各モジュールについて説明する。

 

システム全体ここまでは主に  のトリガー用検出器としての機能について述べてきたが、 には  ミューオントリガーシステムとしてトリガー判定のための情報を得る <! が測定出来ないューオンの第 座標 方向の座標 の情報を得るという二つの役割がある。よって、データの流れは大きく分けて、
トリガー系#'- 毎に流れるトリガー判定の為の情報$リードアウト系  が来ると読み出される  各層でのミューオンのヒットチャネル情報
コントロール系  エレクトロニクスの各モジュールをコントロールするための情報の  つがある。
 エレクトロニクスの全体像を図  に示し、 種類のデータの流れについて簡単に説明する。特に図  にトリガー系とリードアウト系のデータの流れを示す。

To DCSM3 (doublet)eLMB

M2 (doublet)

SSW

JRC

Readout

M1 (triplet)

PP
ASD

IP

3700 chambers
320k channels

HSC

SLB

HPT

L-pT

H-pT

On-Detector PartROD

Off-Detector Part (USA15)

To ROB
Configuration

Trigger
EI/FI

CCI

SSW
SL
To MUCTPI

KHA005V01

図  D  エレクトロニクス

トリガー系
トリガー系の流れは、 ! *(+) ,*) !-)'.) ボードC 00 0-, 0'(  1C(& .)/  1、 0 ,60 ボードC  -.) .- の順に信号が処理される（図  の赤線）。 から出力されるアナログ信号は、 ! ボードに送られ、信号の増幅・整形・デジタル化が行われ、! 信号で 00 へと送られる。00 では、各チャンネルへ粒子が到達するまでの飛行時間である 9%  .: %(, やケーブル遅延などから生じるタイミ
ングのずれを調整し、バンチ識別 信号を   -(.-5 に同期させる を行う。  では、00 からの信号を受け取り、 層からなる *&.C//( !.3=( からの信号をもとにコインシデンス
処理（ .3 .:  が行われ、.860 トリガーの判定が行われる。また )*( からの信号についてもコインシデンス処理 ワイヤD .36.: C ストリップD .36.:  が行われる。 0 では、
 で測定した !.3=( 及び )*( のコインシデンス処理の結果を基に、 ,60 コインシ
デンス情報が生成される。  では、それまで独立に扱われていたワイヤ・ストリップの情報を統合し、コインシデンス処理が行われ、 のトリガー系の最終的な情報として 0 が大きなつのトラックをセクタ毎に選び出す。  の結果は、<01 <3.' 0 1'):- に送られ、0 の情報と合わせて、ミューオンの最終的なトリガー判定が下される。


wire
32
ASD

pivot
doubletPatch Panel

Wire Doublet Slave Board

BID, OR3 / 4 Coin. Matrix

Wire High-pT Board
18

32

L

BID, ORASD

Sector Logic

H
Deran

L1B

BID, OR

R, δ

H-Pt

32

L

BID, OR

ASD

32

Patch PanelR- ϕ Coin.
Hits Selector

H

Wire Triplet Slave Board

H-Pt

2 / 3 Coincidence

BID, OR

ASD

Selector

MUCTPI

32
ASD

middledoubletPatch Panel

Selector

18

32

BID, OR

ASD

triplet32
ASD

Patch Panel

Derand

L1B

Strip High-pT Board

BID, OR

L

DCS
H
H-Pt

strip
32

BID, ORASD

pivot
doubletStar Switch
Compress&
FormatWire Doublet Slave Board
3 / 4 Coin. Matrix

CTP

L
18

32
ASD

32
ASD

inner
doubletPatch Panel

Selector

H

BID, OR

H-Pt

Patch Panel

Selector

Derand

L1B

BID, OR32

BID, OR

ASD

32

BID, OR

ASD

tripletPatch Panel

HSC

Wire Triplet Slave Board
18
OR

ROD

32

BID, OR

ASD

CCI

2 / 3 CoincidenceStar Switch
Derand

L1B

Compress&
Format

DCS

16
ASD

EI wirePatch PanelEI Slave Boards

BID, OROR

16
ASD

BID, OR
Derand

L1B

32

BID, ORASD

EI strip

32
ASD

32

OR

BID, OR

Patch PanelEI Slave Boards

BID, ORASD

FI wireROB

Patch Panel

OR

32
ASD

BID, OR
L1B

32

BID, ORASD

FI strip

32
ASD

DerandPatch PanelOR

BID, ORLCS
DCS図 D  エレクトロニクスのデータの流れ

リードアウト系
リードアウト系の流れは図  の青線で示される。00 から送られてきたデータは、  の中にあるレベル  バッファに蓄えられ、 信号を受けたデータのみがデランダマイザを通じて、次段の 7 ) 8-, へと送られる。 7 では、データの圧縮を行い、あるフォー
マットにデータ を変換する。またトリガー情報 コインシデンス処理の結果 は  に搭載された  から同様に 7 に送られる。変換されたデータは 9! /.3 !)&) に送られ、
9! では最大  個の7 からの情報を収集し、それらのデータと  から送られてくる情報との整合性を確認し、データが正しいものであれば、要求されるフォーマットにデータを変換して、9 /.3 3L) に送られる。
コントロール系
コントロール系は、 実験では各検出器の制御と監視を統一的な方法で行うために!-.) .').( 4 が導入され、フロントエンドには ! '(.6!( .'6&)) や ! !(6'(..'&)) などの機能を持った < =/// .-( <.'.)
.F が 0 .)/ 上に設置される。 0B 7 が搭載される <£ クレート クレート）は ,6* )68-, .'6
実験室外の 1 .').( .'+3).' 1'):- .)/ から).(() .)/ を介してコントロールされ、0 .)/ 上の 00B  の設定は
7 から行う。また、 エレクトロニクスでは、! は温度状態管理や供給電源の監視、さらに 7 から行われる 00B  の設定も、バックアップのために < から行えるようにしてある。0 .)/ 上には 2 プロトコルの 00B  への経路選択を行うために 2 2 .3'.').(()
が設置される。
!  エレクトロニクスの設置

 エレクトロニクスは  側面に直付けされている  ! 以外に大きく  つの場所に分けられて設置される。0 0-5 は )*( 用のものは、図  # の様に )*( の（衝突点から見て）前面に、!.3=( 用のものは、*&. の裏側に設置される。 つ目の場所は、 を支えるビックウィールという構造体の外縁である。ここには
 、 0、 7 が搭載された、
 クレートと呼ばれる < クレートがおかれる。
 クレートは  つの B に  台設置される。以上の つの場所は ?# と呼ばれる実験ホール内で、ここに設置されるモジュー
ルは強い放射線環境下に置かれるため、放射線耐性が求められる。
 つ目の場所は実験ホールから   離れた外にある  # というコントロールルーム
で、ここには <$F クレートが置かれ、1、 、9! が搭載される。図  に設置位置
を示す。



 

  ! "!# $#!% ! .)/ は  の側面に取り付けられ、 チャンネル分の処理が出来る  !  1 が  個搭載され、 つのボードで $ チャンネルを処理する。 !  1 は、 からのアナログ信号を増幅、整形し、ある閾値電圧を越えた信号だけを ! .8 .( !L)'( '('D
低電圧作動信号 レベルの信号で出力する。また、 ! ボード以降のエレクトロニクスの診断やタイミング調整のために、トリガー信号を受けて、擬似的な  の出力信号  03(を出力する機能も持っている。 ! ボードは、後述する 00  1 が設置される 0 .)/ とツイストケーブルで接続され、動作電源、閾値電圧、 03( のためのトリガーは全て 0.)/ から供給される。また、 ! .)/ には $ チャンネル目のアナログ信号をモニタできるアナログ出力もついている。図  は  ! .)/ の写真である。

£    の略で、 で規格化された産業用の標準バス。 ピン  コネクタを実装した 

ビット・バスで最大通信速度は  であり高エネルギー物理の分野でも一般的に用いられているROD/SLHSC Crate

PS Pack

図  D  エレクトロニクスの配置

HSC
CCI

HSC
ROD/ROBSSW

図 D  エレクトロニクスの配置 6> 断面

図 D  ! .)/



 

&&&!" &! '

 ! から送られてくる信号は、9% やケーブル遅延などで到達時間は必ずしも揃わない。

そこで、00  1 でタイミング調整とバンチ識別を行う。具体的には、 ! からの ! 信
号を ! レシーバーにより、<9 レベルの信号に変換する。次に &)=( /(4 回路で、各チャンネルにそれぞれ#'- の範囲でディレイをかけることによりタイミングの調整を行う。このディレイは '- 単位で調整が可能になっている。タイミング調整された信号は
1!（バンチクロッシング 1!）回路に入り、 から供給される   -(.-5 と同期が取ら
れバンチ識別が行われる。最期に  の重なった部分のダブルカウントを防ぐため、9 ロ
ジックを通して   1 に送られる。また 00  1 は、 ! .)/ に向けて  03(を発生させるためのトリガーを出力する  03( 回路も搭載している。 03( の振幅、タイミングは可変であり、2 プロトコルによって制御出来る。00  1 は一つで  チャ
ンネル信号を処理できる。図 # に 00  1 のブロック図を示す。



TTL input

Debug Line

32 Step Variable Delay

LVDS input

32 Step Variable Delay

MASK BCID

32 Step Variable Delay

MASK BCID

32 Step Variable Delay

MASK BCID

BypassBypassLVDS
RecciverBypassFilterChargePomp
Phase
Detector
CLK
TP Trigger

1/2

TPG
Coarse Delay

32 Step Variable Delay (PPL CLK)

32 Step Variable Delay( BCID Delay )32 Step Variable Delay( BCID Gate )Test Pulse
Generator

32 Step Variable Delay( TPG Fine Delay )

JTAG
TDI

TDO

TMS

TCK

図 #D 00  1 のブロック図



 (

$! $#!% ' は大きくわけて、トリガー部とリードアウト部からなる。トリガー部は  からの入力信号に対して、コインシデンス処理を行い、$ 以上の .860 を持つミューオンの信号を選別する。  の段階では、ワイヤとストリップ、!.3=( と )*( は別々に扱うので、設定により # 種類のコインシデンス処理 ワイヤ !.3=(C ストリップ !.3=(C ワイヤ )*(Cストリップ )*(C 1B%1 を切替えられるようになっている。!.3=( ではワイヤ、ストリップ共に //(、*&. からの信号を使い、 層を利用して  .36.:  のコインシデンスをとる（図 $ 参照）。そして、*&. を基準にして //( 上でのズレによって .860 の判定を行う。
)*( では !.3=( と独立に処理されるため、*&. の情報が無い。従って、0 は測定されず、位置のみが求められる。また、)*( はワイヤとストリップで層の数が違うため、ワイヤでは.36.: 、ストリップでは  .36.: のコインシデンスがとられる（図  、図  参照）
。
1B%1 ではミューオンが通過したかどうかのヒット情報のみがとられる（図  参照）
。またトリガー部には、00  1 からの信号に B -(.-5 単位でディレイをかける機能や、各チャン
ネルをマスクする機能、連続したチャンネルにヒットがあった時にその中の一つのチャンネルだけから信号を出力させる機能 デクラスタリングD図  参照）、さらに  以降のエレクト
ロニクスの診断やタイミング調整を行うための  03( を出力する機能も持っている。

FE_L1ID
COUNT
ER

ECR
FE_BCID
COUNT
ER

BCR
Mask
2x6
Phase adjust
32
Phase adjust

middledoublet32

LS-Link

Phase adjust
Derandomizer

L1 buffer

2x6
Phase adjust

Clock

TestPulse

Mask
L1A

Cloc
k

Mask

2x2

Mask
3-out-of-4
Coin.Matrix

Phase adjust
32
Phase adjust

pivot
doublet32
Phase adjust
2x2
Phase adjust

Clock

Position +δR18-bitTestPulse

SOS041V11

図 $D  .36.:  ブロック図
FE_L1ID
COUNT
ER

ECR
BCR
Mask

3x2

FE_BCID
COUNT
ER

Phase adjust
32

LS-Link
Phase adjust
Derandomizer

32
Phase adjust

L1 buffer

32
Phase adjust
3x2
Phase adjust

Cloc
k

Mask

TestPulse

Cloc
k

L1A

2-out-of-3
Coincidence

2-out-of-3 18-bit

SOS051V10

図  D.36.:  ブロック図図 D

図 D図   .36.:

ブロック図 1B%1 ブロック図D デクラスタリング

リードアウト部は、 トリガーの判定を受けたデータの読み出しを行う部分である。主に  バッファとデランダマイザにより構成される。データは  バッファと呼ばれる、幅 =、深さ   段のシフトレジスタに蓄えられる。  = の内訳は入力データ $ =、トリ
ガーパートの出力  =、バンチ・カウンタ値  = となっている。このデータは 0 からの が与えられるまでの時間保持され、 が与えられると該当するデータとその前後  バ
ンチずつの、計  バンチ分のデータにそれぞれ、イベントカウンタの値 = が付加されデラ
ンダマイザにコピーされる。デランダマイザにコピーされるとすぐに、 バンチ分のデータは
別々にシリアルに変換し )

7 に送られる。

*+* +#, ##2 は 系統の入力ポートと 系統の出力ポート、それらをコントロールするための 系統の 2 ポートを持つスイッチングルータである。それぞれのラインは、 C OC < C
!1C !9 の # つの信号から成る。 系統の入力ポートは
7 と < からのもので、図  のように  2 または  2 が 2 内のスイッチをコントロールすることで、" " のポートのうち  つを選択して ! 2 または ! 2 の信号をそのまま出力する。2 は、00B  にアクセスするためのインターフェイスであり、00B  の設定は
2 を中継して行われる。 系統の出力ポートは、 つが 00  1 へのもので、 つが  1 へのものである。
2 は初め  1 として実装される予定だったが、今年の放射線照射テストで ':3 %0Ý（焼き切り型で、一度しか書き込みの出来ない %0 の対放射線性が確認されたため、この素子を使って実装されることになった。

/Q2_TRST

CA_JTAGQ2_TCK/DA_TRST

Q2_TMS

DA_TCK

Q1

DA_TMS

Q2_TDI
Q2_TDO

DA_TDI
DA_TDO

Q3
Q4
Q5

DB_JTAGQ6
Q7

CB_JTAG図  D 2 内部の模式図 -"# ## .

は < =// .-( <.'.) .F と呼ばれるサブモジュールを使用し、! '(.6!(.'&)) や ! !(6'(. .'&)) が搭載され、センサーからの信号をデジタル化してモニタし、制御用のアナログ信号を作り出せる。具体的には、温度モニタ、エレク
トロニクスの電圧・電流モニタ、チェンバー位置モニタ、 のアノードに印加する  ,
.( 電源電圧のモニタとコントロール、 ! の閾値電圧の設定などを行う。< は バスÞ を通じてデータの読み書きが行われる。
!Ý  

!""# $  % の略& ' 同様、内部に回路構成用のメモリーを持ち、自由に回路構成を行うことができる。& ' とは内部構造やプログラム素子が異なる。
Þ &% &  %  () はマルチマスターのシリアルバスシステムで、アドレスの概念がなく、送信側は識別子を付けてメッセージを配信し、受信側はその識別子を見てメッセージを受信するかを決めるプロトコル。



 /

& $#!%に示すように、00  1、   1、2、< が搭載される。
信号を 00  1 で受け、 のオーバーラップ領域でのダブルカウントを防ぐための 9 論理回路を通して、   1 へ送られる。   1 で、トリガー系と読み出し系に分かれ、トリガー用データは 0 へ、読み出し用データは 7 へと、それぞれ ! 信号に変換され、さらにシリアライズされて送られる。また、 7 あるいは < から送られてくる 00B  を制御するための 2 信号は、2 により 0 .)/に設置される各  1 に分配される。さらに 0 .)/ は、 ! .)/ に電源電圧と閾値電圧を供給する役割も果たす。0 .)/ は後述する 00 から、 ' )) .').( によって供給される   -(.-5 や、各種  信号、 03( のためのトリガー信号等の信号を受け取る。図   に 0 .)/ の写真を示す。
00

ボードには図 .)/ では、 ! からの !

SurvicePatchPanel
CANbasVthLMB
To SSW

Patch Panel ASIC

JRC

TestPulse
Variable
Delay

BCID

Variable
Delay

BCID

Patch Panel ASIC

Slave Board ASICOR

TestPulse
Variable
Delay

BCID

Variable
Delay

BCID

LVL1
BufferPower Supply
IO to next board

図 

D 0

.)/ の構成図

図  D 0 .)/#

To Hi-pT
Board

 0

&&" &!" &! $#!%

00 には  の信号を受信する機能を持つ )F が載せられ、 から   -(.-5、、、、 03( トリガー等の信号を受け取り、それらの信号を 
0又は  枚の.)/ に分配する。
00 には、)F の設定を行うために 1  プロトコル GH を受信する、カテゴリー # ケーブ

ルのポートが搭載されている。また、 0 クレートへ -(.-5 とリセットを供給するカテゴリー# ケーブルのポートが搭載されている。図   に 00 の写真を載せる。

 1
0

& &!"2.)/ と00 は、図  # に示すような 0 60-5 にまとめられ、)*( の前面、及び!.3=( の後面に設置される。0 60-5 は B.)/ )*( は 

毎に つ設置され、 つの 00 と複数の 0
枚、!.3=( は  枚 から構成される。

図  #D 0 60-5 の構成と配置
図  D)&- 0-, 0'($ 

& 3& $#!%0 は !.3=( と )*( の情報を用いて0 コインシデンス情報を生成する。 0 はまず、0 .)/ から送られてきた ! レベルのシリアライズされたデータを、パラレルのデータに変換する。 0 では、   1 まで独立に処理されてきた !.3=( と )*( のデータを統合して 0 コインシデンス情報を生成する。)*( は つの !.3=( よりも衝突点に近く、しかも !.3=( 同士の間隔よりも離れた位置に設置されているため、)*( を用いること
によりトロイダルマグネットによってあまり曲げられることがなかった大きな 0 を持つミューオン信号を選別できる。 0 ではワイヤとストリップは独立に処理が行われ、ÆCÆ を出力する。以後この論文ではこの ÆCÆ を /( と呼ぶ。図  $ にワイヤ、図  にストリップのブロック図を載せる。出力データはシリアライズされ、オプティカル信号に変換されて、光ファ
イバーによって   離れた実験室外のカウンティング・ルーム  # にある  に送信される。 0 はエンドキャップ領域用のワイヤとストリップ用、フォワード領域用の計  種
類作られる。フォワード領域用には  つ、エンドキャップ領域用には  つの 0  1 が搭載される。図   に 0 .)/ の写真示す。

from 4 wire triplet
Slave Boards

18

Phase adjust
18

Phase adjust
18

Phase adjust
18

Phase adjust

192 x 232
2-foldCoin. Matrix

Decoder
18

Phase adjust
Decoderfrom 3 wire doublet
Slave Boards

Clock

18

Phase adjust
18

window size: + 20

H/L Pthit
position

δR

Phase adjust

x2

track selector
Position + δ R
7-bit x 6

SOS063V11

図  $D

Position + δ R
10-bit x 20 ワイヤ ブロック図

from strip triplet
Slave Boards

20

Phase adjust
20

Phase adjust
20

Phase adjust

16

DecoderOR

DecoderOR

Decoder
OR

64

64

64

OR OFF

64

Phase adjust
16

Phase adjust
16

Decoderfrom 3 strip doublet
Slave Boards

Clock

64
64

Phase adjust
64 x 64
2-fold Coin. Matrix
Clock

H/L Pthit
positionδϕx2

track selector
Position + δϕ
6-bit x 6

KHA010V04

図 

D0 ストリップ

ブロック図

Position + δϕ
9-bit x 2 "# #" は  エレクトロニクスシステムのトリガーのデータが最終的に集められるモジュールであり、 トリガーセクター分の信号を処理する。  は主に 6 コインシデンス、プレトラッ
クセレクター、ファイナルトラックセレクターから構成される。まず  は、 0 から送られてきたシリアライズされているオプティカル信号を受け取り、電気信号に変換した後パラレル変換をする。そして、 0 .)/ まで独立に処理されていた  方向 ワイヤ と  方向 ストリップ の 0 信号から両者のコインシデンス 6 コインシデンス を取ることにより、ミュー
オンのトラックを構築する。それらのトラックを、- 3=6 -.) (3)D 方向に つ、 方
向に  つの 3=6 -.) のあつまり ごとに $ 段階の 0 の閾値によって分類する。$ 段階のうち  段階は .860 用で、残り  段階が ,60 用となっている。はっきりと決まっている閾
値は .860 の $ 以上と ,60 の  以上という つのみで、その他は探索する物
理により実験中に自由に変更出来ることが要求されるので、閾値は書き換え可能な ..56*=(  によって実装される。プレトラックセレクターは、$ 段階の 0 判定のそれぞれに用意され、0 の大きい順に つの選択して、計  トラックがファイナルトラックセレクターに送られる。ファイナルトラックセレクターでは、プレトラックセレクターから送られた  ト
リガーセクター分のトラックから 0 の大きいものを つ選択して、$ 段階の 0 判定と位置情報を <01 に送る。このロジックは %0 に書き込まれる。  が処理に使用した 0 からのデータと  での処理の結果は、  に搭載された  から  # に設置された 7 に送られる。  には各セクタに対して一つずつ  が搭載され、2 も搭載される。図   に
 の写真、図  にブロック図、図  に  での処理の流れを載せる。

図  D図  D0 .)/

decoderDerandomizer

LS-Link

L1 buffer

9bit x4

Clock

L1A

decoder

BCR

Clock

2 highst Pt
Track

to MUCTPI

R-? coincidence Clock

Track Selector

Clock

Pre-Selector

EI/FI coincidence

FE_BCID
counter

Encoderfrom Hi-Pt board (wire)from Hi-Pt board (strip)

ECR

10bit x7

from EI/FI

FE_BCID
counter
FE_L1ID
counter

BCR

14bit

Clock

図  D

Clock

Clock

Truck Pre-Selector

Truck Selector

 ブロック図Trigger Sector (End Cap)
SubSector Cluster(SSC)Clock

1 candidate/SSC
#19

1

1

#18

3

#17
SubSector

2
To MUCTPI

3

4

5
1

#1

6
RI19990705-2

図 D 

 での処理の流れ4! 5"

7 の主な役割は、  のリードアウトから送られてくるデータを圧縮し、9! にデータを送る前にデータ量を減らして、効率よい読み出しができるようにすることである。具体的なデータ圧縮は、データを -(( と呼ばれる = ごとの塊に分け、各 -(( にアドレスを付け、値がゼロでない -(( だけをアドレスと共に送る。 の全チャンネルのうちヒット信号を発生す
るのはごく一部なので、これによりデータを減らすことが出来る。 つの 7 で最大  個の のデータを受ける。 7 はまず、  からの ! レベルのシリアライズされたデータを受け取り、それをパラレルのデータに変換する。そのデータは 7)F レシーバー に送られ、データの圧縮が行われる。その後データは、 7F トランスミッター に送られ、フォーマットされる。フォーマットされたデータはシリアライズされ、オプティカル信号に変換されて  はなれた実験室の外にある 9! に送られる。また
7 は、0 .)/ 上の 00 1、   1 に 2 プロトコルによってレジスタ設定と、1  による 00 上の )Fの設定も行う。図  に 7 の写真を載せる。





 

+!% 6,  $#!% +6

9! は  エレクトロニクスシステムの中でリードアウトのデータが最終的に集まるモジュールである。9! は複数の 7 からシリアライズされた圧縮データをオプティカル・ファ
イバーを通して受け取り、オプティカル信号を電気信号に変換した後パラレル・データに戻し、%1%9 メモリーに一時格納する。このデータをマイクロコンピュータ
6 が読み出し、トリ
ガー情報を元に同じイベントごとにまとめ、決められたフォーマットにしたがってヘッダー、
トレーラーをつける。まとめられたデータは 6('5 *( '5 1'):- というフロントエ
ンドとリードアウトのエレクトロニクスを繋ぐために  で開発された光信号のリンクモジュールによって 9 / 93 3L) に送信される。また、9 以外に < 経由でデー
タを取り出すことも可能である。
イベントの同定やヘッダー、トレーラーをつけるためには  からのトリガー情報が必要となるため、9! には )F が載せられたメザニンボードが搭載され、これにより  からの信号を受け取ることができるようになっている。
9! は  5 @ でこれらの処理ができるように求められている。
図  に 9! の写真を載せる。

図 D 9!

図  D7 (
は

 3 !35" ## $#!% 0、

7 と同じ < クレート クレート に載せられる、< マスターモ

ジュールである。後述する 1 とオプティカルケーブルで結ばれ、1 からの命令を受け取る。
命令を受け取ると、命令に対応した処理を行いその後 1 へ応答を返す。命令は 0 や 7に対するもので、命令を受け取ると < バスを支配しスレーブモジュール 0、 7 にに対して命令を伝える。また < バス以外に 2 バスも使用されている。このためは、1 との情報のエンコード、デコードのために 種類の機能が用意されている。ひとつは00 0))4 0)..-.( '-./) という 2 用のもので、リセットや 2 のコントロールを行う。もう一方は 0 -.'/)4 0)..-.( '-./) という < 用のもので、< のコントロールを行う。図  に
 の写真を載せる。

 )

## #,!# '7!" $#!%'1 はローカルホストからの命令を受け取り、命令専用レジスタに格納したあと へと送信する。一方
 からの応答は、応答専用レジスタに格納されローカルホストが読み出す。
これら以外にも状態監視用のレジスタや < 優先割り込み用のレジスタが用意され、これらは < 経由でアクセスすることが可能である。図 # に 1 の写真を載せる。

図 D

図 #D 1

第 章 テストビーム
 を含む 検出器に使用されるすべてのサブシステム 各検出器及びトリガー !"システム を統合し、テストビームを行った。この中で  システムは  のすべての検出器システムに対してトリガーを配ることが出来た。ここに概要を示す。

目的 全体としての目的にインストールされるすべての種類の検出器を共通のビームラインに設置してこのテストビームを行った。

各検出器グループは 9! / 93 !)&) から 9 / 93 '5 によって 9 /93 4 にデータを渡すまでを受け持つことになっており、その動作検証のために、最終デザイン、またはそれに近い検出器、読み出しエレクトロニクス、データ収集ソフ
トウェアを用意し、実際のビームを用いてその性能を明らかにすることを目標とする。
また、トリガー・!" システムを含むすべてのサブシステムが協調動作をすることを確認することも、 に用いられるすべてのサブシステムを用いてビームテストを行う
ことの、大きな目的のひとつである。

 4 としての目的4 は #'- にバンチ化されたミューオンに対して、高いトリガーエフィシエ

ンシーでバンチ特定をし、 のすべての検出器に対してトリガーを配ることが最も重要な目的である。また、 エレクトロニクスは、トリガー情報を正しく <01に送ることと、 アクセプトされたデータを正しく 9 へ送ることを受け持つ。そのためにシステムとして全体の枠組みの中に入る必要があり、他検出器と同じコントロー
ル下に入る必要から、!" コントロールソフトウェアの開発を行う。

ビーム

実験は  にある  ビームラインにて行った。ビームは半径約 5 の 0 加速器で  に加速された陽子線の 次ビームの  63.' であり、  と同じ #'- にバンチ化されたビームと、 0 6% の< @ ビーム 以降 '.' =3'-,/ ビームと呼ぶ の二種類を使用した。
ビーム構造は、=3'-,/ = では、  秒のサイクルに対して  秒のスピルであり、 *(( の構造は 0 オービットの - 毎に #'- 間隔で =3'-, が連なっている。また '.' =3'-,/= では $ 秒のサイクルに対して  秒のスピルである。１次ターゲットでの陽子密度は
*3( あたり、=3'-,/ = で  個、'.' =3'-,/ = で   個である。





検出器

ビームラインには上流からインナーディテクター、カロリメータ、ミューオン検出器が設置された。 層の 0F( と  層の  は専用の箱に入れられマグネットの中に設置された。マグ
ネットの外には =.F が設置された。電磁カロリメータは -)4. に入った状態でハドロン
カロリメータとともに回転することができる専用の台の上に設置された。図  と図  では、
左がビーム上流で、0F(、 、、電磁カロリメータ、ハドロンカロリメータの順に並んでいる。
最下流にはまずバレル <! と 0 が設置され、その後ろにエンドキャップ <! と が設置された。<! は上流からインナー、ミドル、アウターの  層がそれぞれ並ぶ。 は本実験同様に <!6< '/-* <//( ) を挟むようにして上流側に <、下流側に < 、< を設置した。バレル <! とエンドキャップ <! の間には   が設置された。図 # では右がビーム上流であり、上流にはバレル <! が設置されていて、その後ろに  層のエンドキャップ <! が並んでいる。中央にあるのが  である。ここにあるエンドキャップ <!
のフレームは実際の  検出器の = 8,( といわれるエンドキャップの  分の  を表している。
また、カロリメータと <! の間にはミューオントリガー用  -
 - シンチレーショ
ンカウンタ 以後    が設置された。

10x10 hodoscope

H6Counting
Room
TGC area Beam
Dump

H8
5m

図 D 配置図



図  D インナーディテクターとカロリメータ配置図

図 D ディテクター配置

図 D インナーディテクターとカロリメータ

図 #D C<!# 

 

チェンバー

 は <!6< を挟むようにして設置される。

から < までの距離は  である。 の間隔は <6< 間が $-、< 6< 間が - である。またビームはフォワード
領域に粒子が飛んだことを想定し、図 $ のようにビームに垂直な位置から # °傾けて設置した。設置された  は本来エンドキャップの外側で使用される  と呼ばれるチェンバーでありチャネル数は < ワイヤが -,、< ワイヤが  -,、それ以外の < ストリップ、< ワ
イヤ・ストリップ、< ストリップは  -, である。チェンバーの大きさは長辺 # -、短辺
$-、高さ  # - で、長辺と平行にワイヤが張られている。 チャンネルの幅は、< ワイ
ヤ # -、< ストリップ #-、< ・< ワイヤ -、< ・< ストリップ #- である。

図 $D  チェンバー配置

図  D チェンバータイプとエレクトロニクスタイプ

 エレクトロニクス 本実験に使用される全種類のエレクトロニクスを用いた。トリガー用モジュールである 0 と  は :.)8)/ 用のものを使用した。各モジュールの結線は図  の通りである。
0 ボード、 0、 7 は新しいデザインのモジュールを使用した。このうち 0、0 ボー$ドは最終デザインである。0 ボードは < 前面に設置した。また、 0 クレートは < の隣に設置し、 クレート・9! クレートはカウンティングルームに設置した。以下使用したモジュールについて説明する。

# ボード図  のように < 前面に設置し、 ! と   のケーブルで接続される。ワイヤ用とストリップ用の 枚を使用した。2 は最終デザインのものを使用し、   1 はプロトタイ
プである &).' と呼ばれるものを使用した。この   1 にはまだ不十分な部分があり、##- の &.  が必要である。

*#0 クレートに配置され、0ボードと # の # ケーブルで接続される。出力は #  の+=) でエレキハットへ送信され、.*-( :'.3 で分配された後、  に向かう。:'.3 と 
は #  の +=) で接続される。

+
ひとつは 0 クレートに配置され、0 ボードと   の # ケーブルで接続され、--*された , * データを 9! へ送る。もうひとつは 9! クレートに配置され、  からのデータを 9! に送る。 7 からのデータはエレキハットで :'.3 され、  +=) で 9!
に送られる。0 用 76:'.3 間は # 、  用 76:'.3 間は   の +=) で接続した。
最終デザインの 7 は ':3 %0 で実装されるが、テストビームではプロトタイプであり、 < %0 で実装されている 7 を使用した。

(,*
1 はエレキハットの  クレートに、は0 クレートに配置され、#  の +=) で接続された。 0 クレートのコントロールを行う。

-9! クレートに配置され、7 からのデータを受け取り、9! ヘッダーを付けた後、9

を通して 9 へデータを送る。イベントビルドしたデータを < から *(' 出来る。

0 からデータを受け取り最終的な  のトリガーデータを <01 へ送る。  に搭載されている  から <01 へ送るデータは 9! クレートに配置された 7 を経由し、
9! へ送られ読み出される。今回のテストビームではプロトタイプであるため読み出されるデータは  から <01 に送るデータのみであるが、最終デザインでは他に 0 の出力も読み出される。



TGC
ASD

PS Board
wire

Control PC
SL

SBC

SSW

strip

ROD

SPP
HPT
ROD Crate

SSW

TTCVi

HSC
CCI

TTCVx

SBC
HPT Crate

TTC Crate

図 D エレキ 3*図  D0 クレート

図 D チェンバー・0 ボード

図 D  クレート

図  D 9! クレート





トリガー

 セットアップ( .

#$ %% #&!!


実験で使用されるものを用いた。<01 <3.')) 1'):- . 0 からのミューオンの情報とカロリメータからの情報を基に  信号を出す。

'#(%% (&  # と 0 にそれぞれひとつのセクタを割り振り、合計

セクタの処理を行った。

%) %%  $ !
今回のテストビームでは、図  のようなセットアップとなった。0 と 9!=34 は全検出器で共通のものを使用し、& と &F は各検出器が個別に所有する。-(.-5 と .)=
は本来、0、0 から供給されるが、今回は 0 からの信号を直接各 & へ分配した。
 からのトリガーシグナルは -(.-5 と同期させるため、専用の & で受信した。

からのシグナルか、0 からのシグナルのどちらを  として採用するかは 0 によってス
イッチできる。

図 D 4# データフロー システムの中の  データの流れについて述べる。 の , * が生成された後、に渡されるまでのデータフローを図  に示す。トリガーパスではヒットマップがコイ
ンシデンスされながら 0 から  < @ で 06 6<01 に伝わる。  では、ワイヤ・ス
トリップそれぞれトリプレット・ダブレットの , * がコインシデンス処理される。トリプ
レットを処理した  からは *..' の情報が 0 に渡され、ダブレットを処理した  からは < での *..' と < と < の間の /( が 0 に送信される。  での .860 コイ
ンシデンス情報に基づき 0 ではワイヤ・ストリップ別にトリプレットとダブレットの情報のコインシデンスをとる。 0 コインシデンスされなかった場合、.860 コインシデンス情報が  に送信され、 0 コインシデンスされた場合、< での *..' 情報と、< と < での *..' の差 /( が 0 コインシデンスフラッグと共に  に送信される。最後に  にて 0 からのワイヤ・ストリップの情報のコインシデンスをとる。コインシデンス処理の結果は .1 と 0 によって表される。.1 はワイヤ -, ストリップ -, の大きさで :.)8)/ 領域
では Æ ÆA    という大きさである。0 の大きさは、予め領域毎にシミュレーション
によって用意されたテーブルを参照し、 0 から送られてくる /( の値を元にして $ 段階に決定される。  はコインシデンス処理の結果を <01 へ渡す。<01 に送られたデー
タは 0 の情報とともにミューオンの情報として 0 に渡される。0 はカロリメータからの情報も併せてトリガー判定を行い  システムを通して  信号をだす。
 信号を受け取った時、  の  バッファーに蓄えられていたデータが読み出される。
0 ボードからは , * と .860 コインシデンス情報、  からは ,60 コインシデンス
情報と 6 コインシデンス情報が読み出され、 7 を経由して 9! へと送られる。9! は
各 7 からのデータをイベント毎にまとめ、ヘッダーとトレーラーを付加して 9 を通してデータを 9 へ送る。

(  

 アクセプトされ、各検出器の 9! から 9、または 0 9! ) 0).-.)・ を通して 9へ送られたデータは、9 の中の 9 に蓄えられる。その後、図 # のようなデータフローを経由する。! 8.)5 は独立した = ,)' で構築されている。  は .1 .' 9: 1') 3(/) を通して 0・<01・カロリメータから
.1 の情報を受け取り、 :) へとその .1 の部分のみデータを集める。ここで  判定を行う。 判定の結果は *9 *3/.69  から出力され、次に !%< が全ての 9 からのデータを %1 に送る。ここでイベントビルドが行われる。 %1 に蓄えられたデータは %:)
へと送られ、% 判定された後、 %9 へ送られる。今回のテストビームでは、 、% ともに一部のイベントに対してしか判定は行わず、ほとんどのイベントについては /34 判定 判定したふり しかされていない。これはまだ  、% のプロセスが開発中であることと、計算機資源が準備されていないためである。また、判定を行ったイベントに対しても判定結果を出し、全てのイベントをアクセプトした。図 # の中では、データは各検出器が '/ (.'
で !" を行う時には 9 から /5 に記憶する。また  、% が !" から抜けている場合もあった。 が存在しない場合には  の動作を飛ばし !%< が %1 にデータを送り、% が存在しない場合には %1 から /5 へ、% が存在する場合には %9 から /5 へデータを記憶する。

#図 D  データフロー

図 #D

 でのデータフロー#

-  - .!
 を受け取ったデータは 9! から 6'5 という規格の 9 / 93 '5 によって出力される。9! からのデータを受け取り、  用の ! 8.)5 へデータを送るのが 9である。9 は 6'5601 カードと = ,)' カードを二つ搭載したリナックス 0
である。 6'5601 カードには 9 / 93 3L) を搭載している。9! から受け取ったデータは 9 に一時保管され、  及び !%< からの要求に対してデータを供給する。
9 は  つの要素から構成されている。.-(.').(()、19<')、9 である。.6-(.').(() は 9'(' ソフトウェアとのインターフェイスの役割を担う。19<') は複数の 9 からのデータをイベント毎にひとつにまとめ   及び !%< からのリクエストによりデータを送り出す。9 は 9! からのデータを 9 を通して受け取り蓄える。リクエス
トにより 19<') へデータを渡す。
テストビームでの 69 は  台の 0 が一つの 9 を持ち、一つの 9 として機能した。本実験では 9 はブレードコンピュータとして用意され、一つの 9 に最大  個の
9 を持つ。また設置場所は  # である。

(++#% ! !8フロントエンドからデータを読み出し、9 以降のデータフローへ渡す役割を担うのが 9!
である。9! クレートは 9! を中心として 0 9! ) 0).-.)、主に 、
モジュール、フロントエンド・エレクトロニクス・コントロールモジュール  では 1及びその他モジュール  では  など が含まれる。各検出器グループは 9! からデータを 9 によって送り出すところまでを開発する必要がある。よって、9! クレートまでが各検出器グループの担当である。
9! クレートの役割は、フロントエンド・エレクトロニクスのコントロール、フロントエン
ドからのデータ転送、データ *(' などである。これらの機能は 0 によってコントロー
ルされ、 検出器全体としてデータをとるときに活用されるのはもちろんであるが、この 9! クレート単体、すなわち 9 以降のデータフロー無しの '/(.' の状態でもフロントエンド・エレクトロニクスの初期化・コントロール、データの !" が行えるようにする必要がある。また、エレクトロニクスの診断、キャリブレーションなどの機能も備える。これ
らのクレートとクレートの役割、ソフトウェアを総称して ! 9!  !" という。

図 $D 9! ) 図

#

(

9 ソフトウェア

!" システムはコミッショニング時や  )3' の時には 検出器の各部分が独立に調整することができ、順次 ).. -.').(() のオペレーションの下に入れられるように構成されている。また、全体が *,4- )3' の最中でも、ある部分は  )3' をするというような、各部分が出来るだけ独立して機能できるようにデザインされている。システムを各部分毎に管理・
コントロールするため、*).' の他、以下の枠組みが用いられている。

 !"' '-.'+3).'C-.').( が他システムとは独立に行え、コントローラからの信号 (./ -6
.'C-.'+3) -.' 等 を受け取る最小の単位である。すなわち !"' には一

つの 0 または  などの 0 が存在する。

 !"*).'
いくつかの *).' の集合で、!" の全ての機能を使用でき、 検出器全体または  検出器の部分集合である。!"' の集合でもある。

((# ソフトウェア



で使用される .'(' 環境は .'(' グループが発行している .'(' ソフトウェアパッ
ケージの枠組みの上に構築される。.'(' ソフトウェアの役割は、データベースへのアクセス、
ユーザーとのインターフェイスの供給、各ソフトウェア要素のコントロール等であり、データ収集を制御する。・  の制御、データフローの制御、! の制御、! 制御等の個別のソフトウェアは全てこの .'(' ソフトウェアの枠組みの上に構築されている。次節以降で述べる ! ソフトウェアも .'(' ソフトウェアの上に構築されており、各検出器グループは
! の制御のための共通の ! ソフトウェアを利用するが、各検出器に固有な部分のみを記述する必要がある。.'(' ソフトウェアで定義される  の順序は図  に示す通りで、それぞれの  へ移るように .'(' 環境の中心となるコントローラ ).. -.').(() から各ソ
フトウェア要素に対して命令が出される。
In
I nitia
it iallgo
lo a dt e rm in a teu n lo a d
LLooaaddeeddc o n fig u re

u n c o n fig u reCig uurreedd
C oonnffig

pause

s ta rt

PP aauusseedd

s to pRn gg
R uunnnniin

c o n tin u e

c h e c k p o in t

図  D .'(' 

#

()

テストビームでの 9

テストビームでの .='/!" 他検出器との合同での !" では、図  のような 1
パネルのボタンを押して ).. -.').(() から各 ' に対して命令を出すことにより、各検出器の初期化とデータテイキングを行う。順序は図  に従う。各検出器を操るソフトウェ
アは ' でグループ化されている。図  は今回のテストビームで、*) .='/ という !"*).' の下、!" を行った検出器の ' である。' は動作を行う
**(-.' を持つものと、コンテナとなり子 ' を保有するものとの二種類に分けられる。図  にある ' は各検出器に属する複数の ' を抱えている。

図 D *).'図 D .'(' パネル

##





)

+6



このテストビームでは 69! には二つの 7 から @).63**) されたデータが送られてくる。ひとつは 0 用の 7 からであり、もうひとつは  用の 7 である。9! は
0 と !0< メモリー を搭載している。そのため、ソフトウェアを用いてイベントデー
タに対して複雑な操作を行うことができる。 7 のデータはまず +:. に蓄えられる。9! は)F を搭載していて  を受信すると、)F からは 1! と 1! が +:. に蓄えられる。
これら +:. に蓄えられたデータは同じイベント毎にイベントビルドされ、9! ,/) をデー
タの先頭に、9! )() を最後尾に付け、9 へ送る。

)イベント 7#!

イベント :.) は図  に示されるように、イベント毎に、3=6/-.) 毎に、9 毎に、
9 毎にまとめられている。テストビームでは  台の 0 が１つの 9 を持つ一つの 9 として働いたため、１つの 9! データに対して１つずつの 9 ,/) と 9,/) が付く。
 の場合の &' ! は図 の右側に示されているものである。 での  イベ
ントのデータには @).63**) された , * がありその先頭には読み出された  による ,/) が付く。, がない場合には  ,/) のみが送られる。この  からのデー
タは読み出された 7 毎にまとめられていて、その先頭には 7 ,/)、最後尾には 7
7 データの先頭と最後尾に 9! ,/)、9! )() が付く。
)() が付く。この データに含まれるものをまとめると、表  にあるヘッダーの内容の他、, *、.860 コインシデンス結果、  による 6 コインシデンス結果である。
9!

/)

,/) @

7

/)

:.) &).'



/)

 1!

:.) &).'7 1!

 *

.3)- 1!

 *<./ 4*

)3' '3=)



1!

 1!

1!

 1!

)) 4*/-.) 4*

表 D/) データ

表  はそれぞれのヘッダーに含まれる情報である。

 .3)- 1!
検出器番号と 9! 1! が含まれる。

  <0
7 の '=( されている ? を示す。

  *7 から最大で前後の  を含めた  分読み出せるがデータ量を減らしたい場合、読
#$

図 

D .='/ / :.)

み出したい  を指定できる。どの  が読み出されているかを示す。

 <./ 4*ワイヤBストリップ、ダブレットBトリプレット、または 1・%1 の区別を示す。

 
放射線による '( &' * が起きたことを示す。

#

 ソフトウェア開発

これまで  エレキグループではハードウェアの開発に専念してきた。そのため細かな作業がし易い小さなプログラムが多く存在したが、 検出器の一部として動作するという視点では不向きなものであった。エレクトロニクスを  検出器の一部として動作させるためには、! の枠組みでのソフトウェアの開発とエレクトロニクスのコントロールが重要である。そのため、テストビームをするにあたり、過去に開発されてきたモジュールをコントロー
ルするプログラムを ! の枠組みで使用出来るように再開発した。また、< マスターとして =£ から  '( .)/ .*3) を使用できるようにした。以下に詳細を述べる。

-

目的

 エレクトロニクスの初期化を行うソフトウェアを、! ソフトウェアの枠組みに組み込む。各検出器をコントロールするソフトウェアは、各検出器に固有な部分を最小限にし、出来るだけ共通のソフトウェアを使用することが望まれる。できるだけ共通なものを使用すること
により、システムの変更や問題が発生した場合の解決を容易にする。この共通の枠組みが !
ソフトウェアである。
また、= から  への移行も行う。 エレキグループでは = を使用してエレクトロニクスの開発を行ってきたが、本実験では実験スペースや、0 のメンテナンスという問題から  が使用される。

- エレクトロニクスコントロール

コントロール図  は  エレクトロニクスのコントロールパスを示している。エレクトロニクスは-(.-5 や  等の  信号による早いコントロール 赤線 と、2、< アクセスによるレジスタの設定の遅いコントロール 青線 の二系統から成る。これら二系統の信号を からの < アクセスによって制御する。
また、エレクトロニクスの設定では、設定する順序が重要となる。順序は、前述の .'(' ソフ
トウェアの枠組みによる  で分けられるがそれ以上に細かい順序付けが必要となる。
エレクトロニクスからの要請は、まず最初に  を初期化すること。その後、各モジュールの設定をする。モジュールの設定では、16  の先に 7 があり、 7 の先に 0 ボードがあるという構造から、0 ボードよりも 7 が先、 7 よりも 1 が先に設定をする必要がある。また、 7 では %0 をまずコンフィギュアする必要があるなど同じモジュールの中でも順序付けが必要になる。最後に  の設定と、9! の +:. をクリアする。これはコンフィギュアの最中に出てしまった 7 からのデータを消すためである。

!% の構成
 の ' は 2 ' を中心に構成されている。2 ' と 9 '6
/9!
9 
£

 ' はコンテナとなる ' であり実際に動作を行うのは !
 '、%  ' である。9 & バスと  バスを接続するバスアダプタ# ' では 9 '、

ソフトウェ

アが動作するが、!  ' と %  ' では ! ソフトウェアが動作する。

図  D ' 図
TGC
ASD

PS Board
wire

Control PC
SL

SBC

SSW

strip

ROD

SPP
HPT
ROD Crate

SSW

TTCVi

HSC
CCI

TTCVx

SBC
HPT Crate

図 

-

TTC Crate

D コントロール+ ソフトウェア

! ソフトウェアは .'(' ソフトウェアの枠組みで動作し、9! クレートをコントロールするソフトウェアである。また、フロントエンド・エレクトロニクスのコントロールやデータ収集といった動作を -..''、-(=).' 時には独立したシステムとして、また本実験が始まった時には  !" システムの一部として共通のプログラムを使用できるように構成されている。できるだけ同じ機能を持つ部分は共通化するという考えから、! ソフトウェア
では 9'(' ソフトウェアとの交信、データの読み出し作業など共通点の多い 9 ソフトウェ
アと多くの部分を共有している。
' はいくつかの /93<./3( と呼ばれる -( を保有している。/93<./6#

3( には (./ 等 毎の関数が定義されている。 の場合、/93<./3( は !6

%<./3( である。! ソフトウェアが動作する

' では、! *).- と .-(.').(() *).- が動作する。.-( .').(() *).- はデータベースへアクセスする。また、オンラインソフトウェアの枠組みの中には  と言われる動作が定義されていて、)..
-.').(() からその状態に移るよう各 ' に命令が渡される。各 ' は信号を受け取り、! *).- がそれぞれの  に対して定義されている動作を行う。  は図  に表されるとおりで、9! B 9%1 B 00 等の順に遷移する。00 は
9%1 後  の直前に行われる動作である。

-

データベース

データベースは ?< で記述され .-(.').(() がアクセスする。 では !%<./6
3( がパラメーター -0)) を保持するという形式を構成した。!%<./3(と !%<./3( が持つ -0)) の情報は図   に示す構造をしている。

図  D  データベース構造

-( での + ソフトウェア

機能以上の条件から、 エレクトロニクスをコントロールするため、図   のように動作を割り振った。!%<./3( を呼び出す順序と、呼び出された !%<./3( の設定の順序は ?< に記述された順序で動作するように実装した。また、  を分けるため、
各 -0)) に  情報を付加して決まった  で動作し、同じ  の中では ?<に記述された順に動作するように実装する。

構成
 エレクトロニクスに固有な部分は .-(.').(() *).- から呼び出される !6
%.'+ と ! *).- から呼び出される !%<./3( である。

今回作成したのは以下の３つのパッケージである。それぞれの機能について述べる。

 !%.'+3).'.-( .').(() *).- に呼び出される関数のライブラリ。?< で記述されたデータベースから受け取った情報を適切な形式に整えた後、! *).- に渡す。
$

図  D -.'+ 

 !%<./3(! *).- からここに記述されている各

 の動作が呼び出される。各 での動作の内容、順序がここに記述されている。必要なデータベースにある情報を受け取り、
<./3( の中の関数に渡して動作する。動作の内容は、!%<./3( クラ
スが持つ各 -0)) に対して図  # にある動作をする。またデータベースからの情報を 1 1':.).' )&- サーバへ送る。1 は .'(' ソフトウェアで定義されていて、異なったソフトウェアの要素間での情報の交換に使用される。各  で行われる動作をまとめたのが図   である。

 <./3(./3( 毎に /C7) の動作が記述されている。また ./3( の置かれている位置により < アクセスの方法が異なるが、表  のようにそれぞれの 01 が定義されている。
--

動作

< 

< でアクセスする

< 

7

1
1

./3(

7 から 2 によってアクセスする
1 経由で < アクセスする

7

9!C CC  用

1 経由の7 から 2 でアクセスする

 .'
0C0

7



ボード用
0 ボード

7

表  D モジュールへのアクセス

-)

$ $#!% #,-) -.').(() として  に移行した。! では 9! ) 0).-.) である。使用した  は .'-3))' -,'.(. 社製 0 である。0D < @60'3111 、メモ
リーD# <4、ハードディスク  4 を搭載している。
この  は現在  69! で標準に使用されており、ドライバやその他必要なソフトは !" グループから供給されている。

$図  #D -.'+3) *).-図  $D

$



--

# 環境の動作検証

今回テストビームにて ! の枠組みに取り入れたのは表  のモジュールである。全ての)3' においてエラーは検出されず、-.'+3).' が行われた。! の枠組みを使用し、エレクトロニクスが -.'+3).' 出来るようになり、他検出器との .='/ )3' に於いても問題無く動作した。またクレートコントローラは = から  に移行出来た。
また、 エレクトロニクスのコンフィギュアでは、16  を通じて実験ホールのエレクトロニクスを設定するのに最も時間を要する。その設定が行われる -.'+3) -.' に今回要した時間は約  秒だった。このことから本実験で見込まれる設定時間を推察する。表  には、  から 7・ 0 に )/ または 8) の < アクセスをした回数を示した。左はテストビームでの回数、右は予想される  実験での B あたりに要するアクセス回数の最大値である。B を考えるのは、 0 クレートが B に対して一つ設置されるからである。テストビームと  実験では 点の違いがある。まず、 7 は < %0 から':3 %0 になるので = ファイルの (./ の必要がない。次に、16
 間の +=) 長
であるが、テストビームでは #  のものを用いたが、 実験では   のものを用いる。
この効果を概算すると、16  は規格により、 回のアクセスあたり最大  回の通信を行う。
+=) を  あたり #' で伝播すると仮定すると、 回のアクセスあたり、さらに # ' 必要である。全体では # ' #  $ A約  秒である。アクセス回数が  倍になることと、+=)長の補正から、予想される B あたりの設定時間は〜# 秒である。
./3( 名*)) 数

--

./3(

-

#

< 

&

*

 

1

7

* 

 

1

7

エラー

8) 0ボード)* 0 ボード

*



< 

8



1

8 



< 

ボード用 7
用
7

,*



1

0

< 



< 

9!

(
)./



7

 .'
0



表 D ./3( 毎のパラメーター数と -.'+3) 時のエラー

テストビーム個数

アクセス回数個数

アクセス回数

00

$

$





$$ 

7 ))





〜#
〜
〜

〜
〜
〜

7 %0

 

0



.(




〜


〜
#  $

表 D テストビームと  B  での -.'+3) 量の比較

$





 及び 

それぞれの期間の )、)) 等のコンディションをまとめた。 - の影響により ##のデッドタイムを設けた。
)3'

期間

)3'

ビーム



 B#〜  B'/ (.'

#'







 B〜 B'/ (.'

#'









 B〜 B

-.='/

#'









 B〜 B

-.='/

#'

$

0

レート

@

トリガー

検出器

<!C0C
0F(C C)C(C<!C0C# B 〜B-.='/

'.'

$





=3'-,/0F(C CC)C(<!C C0C)Dリキッドアルゴン電磁カロリメータ
(Dタイルハドロンカロリメータ

表 #D ビームタイム

/

データサイズ イベントあたりのデータサイズの平均をまとめる。表 # の中で、)3' のデータでは
4、 )3' のデータでは  4、 )3' のデータでは ##4 であった。
)3' のデータは  のみのデータであり、9

ヘッダー及び 9 ヘッダーのない図 の右側と同じ :.) である。 イベントにはヘッダー等のフォーマットの部分が  4 あり、残り約  4 がデータ部分である。



スケール

テストビームは  実験の全ての検出器と全ての !" 機能を使用し、本実験よりも小さな規模で動作を確認した。今回のテストビームでの規模を  本実験と比較した。単純に比較できないが、目安として 9! の台数を参考にすると、本実験の  分の  程度のスケー
ルで実験を行ったことになる。
テストビーム



9!

$

$

9





B-

#5B-

データサイズB&' チャネル

#5=4

#<=4 9!

)

$





5
$

表 $D テストビームと  実験でのスケール

$



 動作検証

1

チェンバーオペレーション

チェンバーのオペレーションについて記す。スレッシュホールドはワイヤ # 、ストリッ
プ  でオペレーションを行った。その時の  スキャンによるエフィシエンシーの違いを示したのが図  である。この図は  層目 トリプレットの最下流層 のストリップについて示したものである。エフィシエンシーの分母は、   からの信号数6 前後  を含む  に
 の , が無いもの であり、分子は  の中にこの層に , があるものである。今回のテストビームでは  を   にした。そのときの各層毎のエフィシエンシーが図   である。
ワイヤサポート、ボタンサポートという不感領域があり、各層でその位置が異なるため、値にばらつきがある。全ての層で  パーセント以上となっている。なおエフィシエンシーの分母は
 スキャンの場合と同じで、分子は  の中に各層に , があるものである。

Chmaber Efficiency

Chamber Efficiency HV Curve
1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

2800

図 

D

2850

2900

2950
3000
Chamber HV (V) スキャン 縦軸Dエフィシエンシー

Wire Efficiency
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

Strip Efficiency
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0

図  D 層毎のエフィシエンシー 縦軸Dエフィシエンシー 横軸D層

$#

1

タイミング調整 システムはトリガーチェンバーであることから、どのバンチでイベントが起きたかとい

うバンチ特定をすることが重要な役割のひとつである。 チェンバーからの信号はある時間分布に従う。また、検出器の位置により 9% の違いも生じる。このような効果を、信号の遅延/(4 及び  幅の調整によって吸収し、バンチを特定するのが 006 1 の役割である。ここにその手順と、テストビームでの結果をまとめる。まずは  の幅を最小にし、信号の /(4を変化させる。そこである時間分布に従っている信号の中で最も早い信号が  の最初と一致するようにする。 から読み出されるデータのうち  を受けた  を -3))' 、その前の  を *)&.3 、後ろの  を 'F  と呼ぶことにすると、これは *)&.3  に
, が存在しないようにすることである 図   参照。次に幅を調節し、'F  にはみ出している , も -3))'  で認識出来るようにする。出来るだけ小さい  幅で、-3))' の , を多くする。
図  から図 # では、赤D*)&.3  緑D-3))'  青D'F  であり、左側がワイ
ヤ、右側がストリップである。縦軸に層毎のエフィシエンシー、横軸に /(4、 のパラメー
ターの値を示した。なおこのパラメーターの単位は実際には約 ' である。それぞれの /(4-3)& では /(4 の値を大きくしていくに従い、*)&.3  は減り、-3))'  が増え、さらに値を大きくすると -3))'  が減り 'F  が増加する。また、 -3)& では  幅の値を大きくするとわずかに -3))'  が増加し、*)&.3  は大きく増加する。
図の中での /(4 パラメーターの設定値は *)&.3 に , がなくなる場所、すなわち赤線が最初に最小となる値に合わせる。 幅は、図の中では赤線が大きく増加しない範囲で緑線が最大になるようにする。
こうして /(4 と  幅の調整によって -3))'  として , が認識される。*)&.3 、'F  に漏れてしまった , はほとんどがコインシデンスをされていく過程で消え、イベン
トの起きたバンチが正しく特定される。
これらの図からわれわれは < の /(4 *)) を 、< 、< の /(4 *)) を #、 幅を 実際には
 'A $E  としてデータをとった。ここで < と < 、< の間に値が #  ' だけ異なるのは 9% を考慮したためである。これら /(4 *)) と 幅 *)) は 00$ チャネル毎に調節でき、必ずしも <、< 、< 等の各層の中で共通にする必要はない。 の特性上、ワイヤとストリップの間には応答時間の差が生じる。実際、/(4 -3)& の図からもそれが確認できる。このことから同じ層でもワイヤとストリップでは異なった最適なパラメーターを設定するべきである。
Prev. BCThis BC

Next BC

N-1

N

N+1

Prev. BCThis BC

Next BC

N

N+1

Prev. BCThis BC

Next BC

N-1

N

N+1

signaldistribution

PP Gate

BCID
N-2

BCID

25nsec

N+2

N-2

BCID
N-1

PP delay

L1A

N+2

Gate
width

N-2

N+2

PP delay

LHC clock(a) PP delay = Min (0 nsec)(b) PP delay = Just

図  D !(4 *)) チューニング

$$(c) PP delay = Max(25nsec)

M1T1 Wire

M1T1 Strip

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

1

0.8

0.6

1

0.8

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0

0

5

10

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

5

10

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

0
0

5

10

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

5

10

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

Chamber Hit Efficiency

M1T2 Wire

1

0.8

0.6

0.4

0.2

M1T3 Wire

M1T3 Strip
Chamber Hit Efficiency

0Chamber Hit Efficiency

0

1

0.8

0.6

1

0.8

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0

0

5

10

15

20

0
0

25
30
PP-ASIC Delay

図  D < /(4 -3)&

$上から C CM1T1 Wire H

M1T1 Strip H

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

1.02
1
0.98
0.96
0.94

4

6

8

10

12

0.9

14
16
PP-ASIC Gate Width

0

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

M1T1 Strip L
0.2

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

0.96

0.92

2

M1T1 Wire L
0.2

0.15

0.1

0.05

0
0

1
0.98

0.94

0.92
0.9
0

1.02

0.15

0.1

0.05

0
2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width0

Chamber Hit Efficiency

M1T2 Wire H
1.02
1
0.98
0.96
0.94
0.92
0.9
0

Chamber Hit Efficiency

M1T2 Wire L
0.2

0.15

0.1

0.05

M1T3 Wire H

M1T3 Strip H

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

0
0

1.02
1
0.98
0.96
0.94

4

6

8

10

12

0.9

14
16
PP-ASIC Gate Width0

M1T3 Strip L

0.2

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

0.96

0.92

2

M1T3 Wire L

0.15

0.1

0.05

0
0

1
0.98

0.94

0.92
0.9
0

1.02

0.2

0.15

0.1

0.05

0
2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width0

図 D <  -3)& 上から C C$

M2D4 Strip
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

M2D4 Wire

1

0.8

0.6

1

0.8

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0
0

5

10

15

20

0
0

25
30
PP-ASIC Delay

1

0.8

0.6

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

10

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

1

0.8

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0
0

10

M2D5 Strip
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

M2D5 Wire

5

5

10

15

20

0
0

25
30
PP-ASIC Delay5

図  D < /(4 -3)& 上から !C!#
M2D4 Strip H
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

M2D4 Wire H
1.02
1
0.98
0.96
0.94

4

6

8

10

12

0.9 0

14
16
PP-ASIC Gate Width

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

0.2

0.1

0.05

4

6

8

10

12

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

0.2

0.15

0.1

14
16
PP-ASIC Gate Width0

M2D5 Strip H
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

6

0
2

1.02
1
0.98
0.96
0.94

1.02
1
0.98
0.96
0.94

0.92

0.92

2

4

6

8

10

12

0.9

14
16
PP-ASIC Gate Width

M2D5 Wire L

0

M2D5 Strip L

0.2

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

4

0.05

M2D5 Wire H

0.15

0.1

0.05

0.2

0.15

0.1

0.05

0
0

2

M2D4 Strip L

0.15

0.9
0

0.96

0.92

2

M2D4 Wire L

0
0

1
0.98

0.94

0.92
0.90

1.02

0
2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width0$図 D <  -3)& 上から !C!#M3D6 Strip
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

M3D6 Wire

1

0.8

0.6

1

0.8

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0
0

5

10

15

20

0
0

25
30
PP-ASIC Delay

1

0.8

0.6

0.2

5

10

15

20

0
0

25
30
PP-ASIC Delay

図 D < /(4 -3)&

1.02
1
0.98
0.96
0.94

4

6

8

10

12

25
30
PP-ASIC Delay

上から !$C!

1
0.98
0.96

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

M3D6 Strip L

0.2

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

20

1.02

0.9 0

14
16
PP-ASIC Gate Width

0.15

0.1

0.05

0.2

0.15

0.1

0.05

0
2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width0

M3D7 Strip H
Chamber Hit Efficiency

M3D7 Wire H
Chamber Hit Efficiency

15

0.92

2

M3D6 Wire L

1.02
1
0.98
0.96
0.94

1.02
1
0.98
0.96
0.94

0.92

0.92

2

4

6

8

10

12

0.9

14
16
PP-ASIC Gate Width

M3D7 Wire L

0

M3D7 Strip L

0.2

Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

10

0.94

0.92

0.15

0.1

0.05

0.2

0.15

0.1

0.05

0
0

5

M3D6 Strip H
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

M3D6 Wire H

0.9
0

25
30
PP-ASIC Delay

0.6

0.2

0
0

20

0.8

0.4

0.90

15

1

0.4

0
0

10

M3D7 Strip
Chamber Hit Efficiency

Chamber Hit Efficiency

M3D7 Wire

5

0
2

4

6

8

10

12

14
16
PP-ASIC Gate Width

図 #D <  -3)&

0

上から !$C!

1

ヒットマップ

前節で説明した /(4C 幅によって得られたデータの確認として、  トリガーでのビームプロファイルを示す。図 $ から図  では左側がワイヤ、右側がストリップであり、
赤D*)&.3  緑D-3))'  青D'F  である。ストリップではワイヤに比べて反応が遅く、/(4 及び  幅をワイヤとストリップで同じ値に設定したため、'F  に , が現れている。
M1T1_b0_w
Entries
205
Mean
17.88
RMS
2.745

3000
2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

4000

4000

3500

3500
3000

500
0

M1T1_b0_s
Entries
182
Mean
16.87
RMS
3.009

M1T1 Strip Hit
no. of events

no. of events

M1T1 Wire Hit

500
5

10

15

20

25

0

30
channel

5

10

15

20

25

30
channel

M1T2_b0_w
Entries
305
Mean
18.26
RMS
2.093

no. of events

M1T2 Wire Hit
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0

5

10

15

20

25

30
channelM1T3_b0_w
Entries
205
Mean
18.23
RMS
2.394

3000
2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

4000

4000

3500

3500
3000

500
0

M1T3_b0_s
Entries
161
Mean
16.69
RMS
2.325

M1T3 Strip Hit
no. of events

no. of events

M1T3 Wire Hit

500
5

10

15

20

25

0

30
channel5

図 $D < , *



10

15

20

25

30
channelno. of events

Entries 223
Mean 11.68
RMS
4.386

4000

3500

3000

3000

2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

500

500
10

15

20

25

M2D5_b0_w

M2D5 Wire Hit
no. of events

Entries 332
Mean 11.56
RMS
3.309

4000

0

30
channel

3000

3000

2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

500

500
10

15

20

25

15

20

25

0

30
channel5

1030
channelM2D5_b0_s
Entries 222
Mean 16.49
RMS
2.887

4000
3500

5

10

M2D5 Strip Hit

3500

0

5

no. of events

5

Entries 184
Mean 16.66
RMS
3.322

4000

3500

0

M2D4_b0_s

M2D4 Strip Hit
no. of events

M2D4_b0_w

M2D4 Wire Hit

15

20

25

30
channel図  D < , *

no. of events

Entries 174
Mean 11.81
RMS
4.281

4000

3500

3000

3000

2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

500

500
10

15

20

25

M3D7_b0_w

M3D7 Wire Hit
no. of events

Entries 197
Mean 11.79
RMS
3.725

4000

0

30
channel

3000

3000

2500

2500

2000

2000

1500

1500

1000

1000

500

500
10

15

20

25

30
channel

15

20

25

0

5

10

図 D < , *

30channelM3D7_b0_s
Entries 212
Mean 16.43
RMS
2.858

4000
3500

5

10

M3D7 Strip Hit

3500

0

5

no. of events

5

Entries 210
Mean 16.64
RMS
3.335

4000

3500

0

M3D6_b0_s

M3D6 Strip Hit
no. of events

M3D6_b0_w

M3D6 Wire Hit

15

20

25

30
channel1

トリガーアウトプットの検証

エレクトロニクスによって、, * からコインシデンス処理され生成されたトリガー情報を検証する。今回のテストビームでの  アウトプットの 0 は、表  のように割り振った。
ワイヤとストリップでそれぞれ ,60 コインシデンスされているか、.860 コインシデン
スされているかでまず判定し、ワイヤもストリップも ,60 コインシデンスしている場合、0 からの /( の値が6 〜E の時 0$ などとした。この結果、図  に示すように トリガーでのデータでは、0 値はほとんどが $ になっている。この /( と 60 との対応は
< %0 を使用することにより変更可能になっていて、 ジオメトリの要請、及び物理トリガーメニューからの要請に応えられるようになっている。  から 0 と共に出力されるのが .1 である。今回のテストビームでは .1 は、 から $ の範囲で出力され、その値から描いたプロファイルが図  である。図  にこのときのチャンネル情報からのプロファ
イルを示した。チャネルプロファイルから予想される正しい 6.1 プロファイルが見えているのがわかる。この .1 は :.)8)/ 領域の場合、Æ ÆA    という細かさである。また、.860 コインシデンスと  アウトプットでのトリガーエフィシエンシーを表  に示す。
分母は   からの信号数6 前後  を含む  に  の , が無いもの であり、分子は-3))'  に各コインシデンスが成立したものである。
次にトリガー出力による /(4 カーブを作成した。.860 出力 図  、  出力 図 
共に正しく /(4 -3)& を描いている。両図とも赤D*)&.3  緑D-3))'  青D'F  である。  出力ではトリプレット−ダブレット間の 9% を考慮し、00 の設定値を # ずらしながらデータを取った。
Æ-'-4)).)7) !.3=(##)* !.3=(





##

7) )*(#$#)* )*(





$

-.) .-

$

表  D トリガーエフィシエンシー
8) /()* /(

 0

.8

.8



.8

,

,

.8



〜#

,



〜$

,

#

〜

,

$

表 D0 出力

SL_PT0_1

SL_PT0_1

Entries

10000

10073

Mean

5.895

RMS

0.5182

8000

6000

4000

2000

0
0

1

2

3

図 D4

hist_sl

hist_sl

19531

Entries

10073

Mean x11.49

Mean x0.9791

Mean y
RMS x

16.84
3.888

Mean yRMS x

1.432
0.2833

RMS y

3.182

RMS y

0.5015

5000

1200
1000

4000

800

3000

600

2000

400

1000

200

15

10
5

図  D

7

Entries

1400

0
S30
tri
p25
[c
h]
20

6

60 分布

M3D7

M3D7 Beam Profile Bunch=1

5

5

10

15

20

0
4
s3.5
tri
p3
2.5

30
25ire [ch]
W

2
1.5

1
0.5

3.5 ire4
2.5 3 w
2
1 1.5
0 0 0.5

図 D.1 分布に対応する =*).+(6.1 分布

Doublet Strip Coincidence Efficiency
Efficiency

Efficiency

Doublet Wire Coincidence Efficiency

1

1

0.8

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0
0

5

10

15

20

0
0

25
30
PP-ASIC Delay

1

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

5

10

15

20

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

1

0.8

0
0

10

Triplet Strip Coincidence Efficiency
Efficiency

Efficiency

Triplet Wire Coincidence Efficiency

5

0
0

25
30
PP-ASIC Delay

5

10

15

20

25
30
PP-ASIC Delay

図  D .8 0 /(4 -3)&

TGC Trigger Efficiency

Trigger Efficiency Delay Curve

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0
0

5

10

図 D

15

20

25
30
PP-ASIC Delay .3*3 /(4 -3)&#1(

シミュレーションでのコンシステンシーの検証

リードアウトされたデータには , * の他に、  による .860 コインシデンスデータと  による 6 コインシデンスデータが含まれている。また、 トリガーシミュレーター
G H を使用することにより , * から各段階でのコインシデンス結果をシミュレーションすることができる。これらの情報から、コインシデンス結果の実データとシミュレーション結果の比較を行った。比較の結果、表  のようになった。)3'、)3'# についてはエラーはなかったが、)3' CC においてエラーがあった。ここでのエラーは全て , * と  データの比較によるもので、.860 コインシデンスデータは全て一致した。表  にある )3' は表 # の中の )3' を指す。
PS Board

ROD DATA
Low-pt coinsidence

HPT

Simulation

High-pt coinsidenceSLcompareR-

coinsidence
consistOK!
図 D リードアウト -.''-4 -,-5

)3'

!"

&' 数'/ (.'## #'/ (.'



 





C

-.='/



$$





#

-.='/

# #$

エラー数

エラー )

表 D -.''-4 エラー

エラーイベントについて
表  にあるエラーの解析を行った。まず、.860 コインシデンスデータが一致していることから、0 ボードからのリードアウトパスは正しい。また、  データと <01 データは次節で示すように一致していることから  からのリードアウトパスも正しい。よってトリガー$パスに何らかの原因があると考えられる。図 # にエラーパターンの典型的なものを示す。この図で、ダブレットは B コインシデンスであることから、ワイヤダブレットでは -3))' 
のみでコインシデンスが起き、ストリップダブレットでは *)&.3  のみでコインシデンスが起きる。しかし、  の出力は、-3))'  でのコインシデンスを示しており、ストリップ
ダブレットにコインシデンスが起こったことになってしまっている。全てのエラーイベントに共通しているのは、エラーの起こったイベントの前のバンチには必ずストリップダブレットのコインシデンスが起きていることである。エラーは、コインシデンスが起きるべきイベントで
 の出力に候補が無い場合、逆にコインシデンスが起きないケースで候補を出力する場合、候補の出力の内容が間違っている場合の  つのパターンが、それぞれ  割、 割、 割で起きているが全てのパターンで前のバンチにストリップダブレットのコインシデンスが起きている。これらのことから、特にストリップを扱う 0・  のトリガーパスに於いて前のバンチの処理の影響によりエラーとなっている。前後の )3' でエラーがないことからハードウェアの故障、または論理的な間違いではないが、 < @ という厳しい条件での動作のため、モジュールの結線時や電源投入時の条件によってはエラーが出てしまうことがある。テストビームで使用された  はプロトタイプであり、読み出すのは <01 へ送られるデータのみであるが、次回の では 0 から  へ渡されたデータの内容も読み出すことができるため、今後ラボでの検証・原因特定と対策をする。

図 #D パターン  での代表的な , *

上がビーム上流1): &' へのデータ転送の検証

 から <01 へのデータ転送をチェックするため、  からのリードアウトデータと <01のリードアウトデータをチェックした。チェックしたのは  候補、 '/ 候補の 0 と .1 である。その結果、)3' の途中からイベントがずれるという現象が見られた。表  では  と<01 で差がであるが、イベント 1!6## を境に と異なっている。イベント 1!6##の  とイベント 1!6#$ の 1! の差は になっている。これは  と <01 でイ
ベントの数が違い、<01 では  よりも多くイベントを読み出していることを示している。 の内部である 9! と  の間でこのようなずれは見られず、 と <01 は異なる & を使用していることから  システムの中に原因があったと考えられる。なお、
今回のテストビームでは各検出器間での 1! の調節は行われなかった。インストレーション、
キャリブレーション時の課題となるであろう。
それらイベントがずれる効果を差し引いた場合のコンシステンシーの比較結果が図 $ と図 である。横軸が <01 からのデータ、縦軸が  からのデータである。全て一致し、
 から <01 へのデータ転送を確認した。
イベント 1!

<01

/L

#





#



$

#

#

$

##

 

$



#$



#



#







表  D 6<01 間 1! のずれ
pt
Entries
1548
Mean x2.503
2.503
Mean y
RMS x
2.19
2.19
RMS y

muctpi-tgc pt correlation

100

500
400

80

300

60

200

40

100

20

0
t7gc
-p6t

roi
Entries
1548
Mean x55.53
55.53
Mean y
RMS x
3.844
3.844
RMS y

muctpi-tgc roi correlation

5
4
3
2
1 1

2

3

4

5

0
t62
gc
-r60
oi
58

7
6
i-pt
muctp

56

54

52

50

48 48

50

52

54

56

58

60 62
i-roi
muctp

図 $D <016  の 0 コンシステン 図  D <016  の .1 コンシステ
シー
ンシー



1-

レイテンシー の , から  のアウトプットまでのレイテンシー、及び 0 のアウトプットまでのレイ

テンシーを計測した。 90 は ! であり計測が困難であることから、<01 へのアウトプットではなくテストピンでの測定である。計測方法は、  を基準とし、  から
計測室の 1< 信号による出力までのレイテンシーをまず測定する。その結果、$ ' であった。
 から  までの距離は  であるから、9% は' である。計測室の 
 からの出力と  の 90 の時間差を計測すると ' であった。また、0 の 90 との差は  ' であった。このことから、, から 9 までのレイテンシーは、$ E 6A ' である。また、同様にして計算すると 0 の 90 までのレイテンシーは
# '- である。 から  までのレイテンシーの要素をまとめたものが表  である。
ケーブル及び +=) では  あたり #' とし、モジュール及び - のレイテンシーは過去に計測されたものから引用した。この結果、 90 での ! によるレイテンシーを考慮すると、予想される値  #' とほぼ一致した。テストビームと本実験での違いをまとめたものが  であり、最大で ##' である。0 のアウトプットに  システムでのレイテン
シーと &F から )F までの +=)   を足す。 システムは最大' であり、+=)# ' を考慮すると、 実験でのレイテンシーは #E ##E
E# A ##' であり、要求される #- の範囲内である。
.=K-

 '



#

 !



ケーブル  

#

00







?C?

ケーブル #

#

0

##

+=) # #!

:' .3+=) # #1O ?C?

 #



$

3

 #

表 D レイテンシー
テストビーム9%# $#'

0).*.' .' 8)B)*

#'

#'

=( :).  ! . 0

  # '

 # $ #'

=( :). 0#

=( :).





.

0

 . <01
.(

#'

#

#'

  '

#

#'

$ '

 #'

表  D テストビームと  実験での違い

!"# 

今回のテストビームではほぼ全ての検出器が  でデータを取れるようになったため、インナーディテクター、カロリメータ、ミューオン検出器の全てが同時にデータを取った。ここではその中でも  に関連のあるものについて結果をまとめる。




トリガーでの <! との相関を調べた。<! のデータからは層毎に軌跡の傾き、切片が得られる。))(6<! の各層からミューオンの軌跡を外挿したのが図  である。層によって軌跡の数が違うのはキャリブレーションに関係していると思われる。図  から図 #では横軸に  ワイヤの , -,''(、縦軸に <! からの外挿による位置を示す。 はサンプルとして < ! 層のデータを使用した。
1 と  の相関ははっきりと見え、図  にカットを施したのが図 # である。カットは< ! 層のワイヤに１ , のみが存在するイベントを選び、<! トラックは  の最も小さいものを選んだ。'/-* <! は鉛直から # °傾いて設置されている。そのため、))(6<!の場合のような比較が出来ないので、 の )* -,''( 毎に <!6 の相関を見たのが図 # である。この図では < ! 層のワイヤ、ストリップそれぞれに , のみ存在するイベントを選んだ。
これらから <! と  の間の相関が見られることから <! と  が同じイベントを正しく !" 出来ていることが確認できた。
bil

bil

Entries
Mean
RMS

8000
No. of event:3 相関

50000
464.7
135.9

6000

4000

2000

0

-1000

-500

0

図 D <!6 からの外挿



500

1000

position by mdt(mm)赤D1 緑D< 青D9biltgc1

biltgcEntries 171157
Mean x10.31
483
Mean y
RMS x
2.053
65.89
RMS y

extrapolate by mdt(mm)

700

600

500

400

300

0

5

10

15

20

channel図 D <!61 からの外挿と  相関
biltgc2
Entries 41141
Mean x 10.34
482
Mean y
RMS x
1.294
49.59
RMS y

biltgcextrapolate by mdt(mm)

700

600

500

400

300

0

5

10

15

20

channel

図 # D カット後の <!61 からの外挿と  相関emltgc15
Entries
2109
Mean x 10.25-146
Mean y
RMS x
1.185
56.75
RMS y

extrapolate by mdt(mm)emltgc

0

-50

-100
-150
-200
-250
-300

6

8

10

12

14
channel

図 #D <!6< からの外挿と  相関 赤D$-, 緑D -, 青D-,





インナーディテクター、カロリメータからのデータ

次に 0 トリガーを使用し、インナーディテクター、カロリメータとの相関を調べた。0は C0 からのミューオン情報の他、カロリメータからの情報によって  信号を出した。
図 # 、図 # に於いて、横軸は電磁カロリメータのエネルギー、縦軸はハドロンカロリ
メータのエネルギーを示し、緑は  に , のあるもの、水色は  に , のないものである。  はハドロンカロリメータよりビーム下流にあり、そこでトリガーされるものの大部分はミューオンである。図 # では、図 # に見られない水色の部分がパイオン及びエレク
トロンである。これらからミューオントリガーとカロリメータトリガーの両方が機能していることがわかる。
図 # と図 ## では横軸ハドロンカロリメータのエネルギー、縦軸イベント数を示している。青D に , があり <!6・インナーディテクターにトラックがあるもの、
赤D に , があり <!6 にトラックがありインナーディテクターにトラックがな
いもの、緑D に , があり <!6、インナーディテクターにトラックがないもの、
水色D に , が無いもの、を示している。カロリメータのエネルギーが小さいものに対しては、 に , があるが <! や '') にトラックがあるものとないものがある。トラックのな
いものについては宇宙線と考えられ、トラックが存在するものについてはビーム起源のミューオンであると考えられる。トラックのあるイベントに対してはハドロンカロリメータのエネル
ギーが  付近を中心とした分布になっていて最小イオン化粒子 <10 を表している。
二種類の図に対して、それぞれ、0 トリガーのものは )3'、  トリガーのものは)3'# でのデータである。
図 +D$* では  ヒットがあり、トラックがあるもの 図 # での青 とないもの 図
# での緑 について  のアウトプットした 0 の値を示した。以降の図では配色の意味は図# と同じである。トラックがあるものについてはビームからのミューオンと考えられ、0$が多いのに対し、トラックの無いものはほとんどが 0 を示している。この 0 のミューオン
に対してさらに *&. *(' での , 分布と .860 コインシデンスの /( の値を示したのが
図 # と図 # である。トラックがあるイベントでは /( の値が小さく、チェンバーに垂直に近い角度で入射していて、*&. ではチャネルの大きい部分に , している。このことから、
図 # のように、ビームミューオンの中には < の横を通過し、ダブレットに達しているイベントが存在している。また、トラックの無いイベントは、ランダムな方向からランダムな場所に入射している。従ってこれらは宇宙線であると思われる。
以上、まとめるとこの -.='/ )3' ではハドロンイベント、ミューオンイベント ビーム起
源、宇宙線イベントが観測されている。このことから全体 !" の中でも  から確実にトリガーを出せたことが確認された。



EM_HADEM_HAD

2
2000 ×10
tile[MeV]

Entries
1544
Mean x4957
Mean y 1.653e+04
RMS x 2.082e+04
RMS y 3.845e+04

1500
1000
500

×102
1500 lar[MeV]
2000

0

0

500

1000

図 # D ( & () 0 トリガー
EM_HAD
Entries
1140
Mean x1409
4815
Mean y
RMS x
9591
9811
RMS y

EM_HAD

tile[MeV]

2
2000 ×10

1500
1000
500

×102
1500 lar[MeV]
2000

0

0

500

1000

図 #D ( & ()  緑 D, 有
 水色 D, 無





トリガー

tile-muon
Entries
815
Mean
517.6
RMS
1531

tile-muon
event No.

300
250
200
150
100
50
0

0

5000 10000 15000200002500030000
tile[MeV]
図 #D ( ')4 0 トリガー
tile-muon
Entries
0
Mean
0
RMS
0

tile-muon
event No.

300
250
200
150
100
50
0

0

5000 10000 15000200002500030000
tile[MeV]
図 ##D ( ')4 



トリガー

 青 D, 有 <!6Dトラック有 インナーディテクターDトラック有 赤 D, 有 <!6Dトラック有 インナーディテクターDトラック無 緑 D, 有 <!6Dトラック無 インナーディテクターDトラック無 水色 D, 無
#

pt2
414
Entries
Mean
1.075
RMS
0.4073

No. of events

SL-PT
400
350
300
250
200
150
100
50
0

1

2

3

4

5

6

7
SL-PT

図 #$D インナーディテクターと <! にトラックがある場合とない場合の 0

図 # D 0 と 0$ でのビーム

$

ch2
Entries
431
Mean
15.92
RMS
7.732

No. of events

ch
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

5

10

15

20

25

30
channel

図 #D 0 の場合の , 分布
2dim-delta1
Entries37
Mean x -1.568
0Mean y
RMS x
1.028
RMS y 0.2325

strip

lowpt delta at D
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

図 #D 0 の場合の .80-.'-/'-6/(



8
wire

第 章 まとめ

実験開始まで残り 年余りとなり、最終の   を行った。各検出器自体の性能評価はもちろんであるが、 実験の規模の大きさから、異なる種類の検出器が集合体として機能できるかどうかを評価することが必要であった。そのため、  実験ホールに全ての検出器を設置し、全てのトリガー !" システムを構築して、6 0 からのビームのデー
タ収集を行うことでそれらを確かめた。
  でのデータ収集では異なる検出器が同時に動作するため、ひとつのコントローラ
から全体が操作できる必要がある。そのため  が全体のデータ収集に加わるための、エレクトロニクスの制御を行うソフトウェアの開発をし、 も同時にデータ収集を行った。また、 は  トリガーシステムの一部である。0、<01、0、カロリメータと共に  システムとして動作し、ミューオンイベントをバンチ特定し全体に対して  信号を供給することが出来た。
また、 エレクトロニクスの評価・確認をいくつかの項目に渡って行った。ます、今回の  では #' にバンチ化されたビームを使用したため、タイミングスキームの確認を行った。精密な /(4 依存データを取得した。今後のパラメーターの決定時にいかされるであろう。また、トリガーエフィシエンシーは  パーセントを得た。読み出したデータに含まれる, * とトリガー情報のコンシステンシーを検証し、)3' によっては  パーセント程度のエラーを確認した。トリガーパスでの不具合が原因であり、今後ラボでの検証・原因の特定と対策を行う。9! からの出力が正しくデータフローへ渡っていることを確認した。  の出力と<01 の出力を確認し、正しく <01 にデータが渡っていることを確認した。レイテン
シーの測定を行い 0 のアウトプットまで # ' であった。この数値から、 本実験
で予想される値は最大で  であり、デザイン上の .( レイテンシー #- 以内であることを確認した。.='/ / を使用した解析では <! とのコリレーションを確認し、読み出したデータが正確に他の検出器と同じイベントを !" していることを示した。またカロリ
メータのデータ、内部検出器のデータを参照しトリガー出力を検証した。 からの候補によるイベントにはカロリメータでのエネルギー値は小さく、それらのイベントの中には宇宙線によると思われるイベントが混在していたが、ビーム起源であるミューオンに対して正しくトリガー出力を行っていることを確認した。
この   の主眼は  検出器で用いられるデータ収集スキームを確認することであり、無事クリアーすることができた。だが、本実験と比べ規模・レートは小さいものである。
今後、規模・レートが大きくなった場合の検証・対策が必要となる。 エレクトロニクスでも高いレートに対して十分に対応できる設計になっているが、今後仕上がるエレクトロニクス
で順次確認する必要がある。



付 録

略語一覧

  ! *(+) ,*) !-)'.) 1! 3'-, ).' 1/'+) 1 .').( .'+3).' 1'):- 0 ')( )) 0).-.) % &' %()  , &( )) 0 , 0  ,6* )68-, .').(() 2 2 .3' .').( 1! &(  1/'+)  &( )) 0 .-( )) 0).-.) <! <.'.)/ !): 3=
 <01 <3.' )) . 0 1'):- 00 0-, 0'( ! ./ ) !; .1 .' .: 1')
 9! / 93 !)&) 9 / 93 '5
 9 / 93 3L) 9 / 93 4  '( .)/ .*3)  -.) .  (& .)/ 00 )&- 0-, 0'( 7 ) 8-,  ,' * ,=)  ' )) .').(



参考文献
GH B B6#CP
.(3 PC ! #C

G H B B6CP
.(3PC GH Q.=)GH P

! C!-.) '/ 0,- 0):.)'- -,'-( !' *.)
# <4 
!-.) '/ 0,- 0):.)'- -,'-( !' *.)
# <4 

,6&( ))C ! -;3.' '/ .').(PC Q!6 $C

9-6
&( )) -,'-( !' *.)PC G#H B  6

P

<3.'

!  C

33 *-)*) -,'-( !' *.)P # 23'  

G$H P <3.' )) ) ;3)' !.-3' !% &).'  <)-, 
G H ! 0).K-Q6<=3 1% & 6<511P,*DBB(8=-)'-,B(B90 B!"1BB-*-,(CGH 0<.))

2,)''<)-,).

.(Q)F:)'-<4<'3(P,*DBB(8=-)'-,B(B90 B!"1BB-*-,(PC23'
GH P  1 601%119P,*DBB888-.'/3-.)*,(*-.B)5BB*)..-.(B -B

C2'3)4G H 戸塚真義 信州大学修士学位論文 「 実験ミューオン検出器用トリガーシステ
ムの現実的シミュレーターの開発研究」
年１月

GH 中村佳央 東京大学修士学位論文 「アトラス実験ミューオントリガーシステム用リ
モートコントロールシステムの開発」
年１月

G H 豊島克幸 東京都立大学修士学位論文 「アトラス実験エンドキャップ &( ミューオ
ントリガシステムのビームテスト」
 年１月

GH 小松 知

東京都立大学修士学位論文 「 実験におけるエンドキャップレベル 
ミューオントリガーシステムの統合テスト」
 年１月



謝辞
本研究を行なう機会を与えて頂くと共に適切な指導と助言を頂いた指導教官 坂本宏教授 に深く感謝致します。また本研究において、常に丁寧な御指導と助言を頂きました佐々木修氏 に深く感謝致します。 エレクトロニクスグループにおいて、様々な御指摘と助言を頂いた
福永力氏  、蔵重久弥氏  、池野正弘氏 、安芳次氏 にも深く感謝致します。また様々な面で貴重な意見と御指導を頂いた小林富雄氏 、川本辰男氏 、真下哲郎氏 、浅井祥仁氏 、石野雅也氏 、田中純一氏 、近藤敬比古氏 、岩崎博行氏 、神前純一氏 、田中秀治氏 、石井恒
次氏  、長谷川庸司氏  、他  日本グループの方々に深く感謝致します。多くの部分で丁寧な指導と適切な助言を頂いた長野邦浩氏 、前野忠嗣氏  に心から深く感謝致します。研究生活を通じて惜しみない協力と助言を頂いた南條創氏 、片岡洋介氏 、佐々木貴之氏 に深く感謝致します。 エレクトロニクスグループで共に研究を行い議論した、一宮亮氏  、野本裕史氏 、羽根八尋氏 、福地直也氏  、山口嘉樹氏 、緒方岳氏  に心から感謝します。上記の方々の協力がなければ、私の研究生活は成り立たなかったと思います。最後に全ての方々に、心から感謝を申し上げます。
所属D
東京大学素粒子物理国際研究センター 100
高エネルギー加速器研究機構 OO
東京都立大学 理学研究科 神戸大学 自然科学研究科 
信州大学 工学系研究科 欧州原子核研究機構 