Gero Kube, Kay Wittenburg, MDI

Neue Diagnostik

in HERA

Was wird es Neues geben

1. Das Drahtmesssystems bei H1 und Zeus

2. Neues Strahllagesystem für HERAe

3. Teilweise neues Strahllagesystem HERAp

4. Neue Strahllagemonitore im EL-Weg

5. Verbesserungen an der Kollimator-Ansteuerung

6. Verbesserte Lebensdauermessung

7+8. Neue und verbesserte Synchrotronlichtmonitore in HERAe und HERAp

9+10. Neue Monitore zur Injektions-Mismatch Messung in HERAe und HERAp

Drahtmesssystem bei H1 und Zeus

System dient der Beobachtung von Magnetbewegungen auf den Brücken HF auf einem gespannten Draht (60 m) wird mit

Pickups an den Magneten gemessen und die Drahtposition bestimmt.

Auslese bisher über ADC boards in PC. Probleme mit ständig hängendem PC. Bug scheint gefunden (F. Peters).

Je 2 Drähte pro WWZ (N+S) werden wieder gespannt.Status: Diese Woche im N-links, nach Interlockprüfungdie weiteren Drei (ca. 2 Wochen).

Auslese vorerst über altes System. Ab Jan. 2005 wird eine neue Auslese über ADCs in

Sedacmodulen betriebsbereit sein.Status: Prototyp ist gebaut und wird zur Zeit getestet.

Betreuung ab sofort von MDI.

System wird auf Elektronenbetrieb eingestellt!

F. Peters, R. Neumann, S. Vilcins, R. Susen, MDI

Strahllage HERAe

Prinzip: 4 Pickup-Signale eines BPMs werden mit einem Delayline-Netzwerk hintereinander in 22 ns Abstand angeordnet und mit einem ADC (8 bit) gemessen. Der Messbereich muss durch Abschwächer dem Strahlstrom angepasst werden. Der ADC Wert wird auf verschiedene Arten behandelt und abgespeichert (neu).

R. Neumann, J. Neugebauer, MDI1

Strahllage HERAe

Neu SEDAC: 16/32 bit, 8 – 44.4 kbyte/s Max. Updaterate ca. 50 Hz für alle

Kanäle (Orbit) Monitor Updaterate max. 4 kHz

» Frequenzanalyse der Strahlschwingungen Mittellung aus 1-4096 Einzelmessungen

synchron (ext. Trigger, int Clock) Auflösung 1 m rms (bei 4096

Bunchen) Flexibel einstellbarer Speicher

» Speicher-trigger: Injektion, Software, Hardware, ...

» 1-256 Bunche/Umlauf -> 32768-128 Umläufe

» Und zusätzlich 1-256 Umläufe mitteln und max. 8192 Daten abspeichern

» Post Mortem Speicher (stoppt bei diversen Ereignissen (einstellbar)

– 1024 Umläufe x 32 Bunche/Umlauf– 64 Umläufe gemittelt, 8192 Daten

Alt SEDAC: 16 bit, 8 kbyte/s Mittelung aus 63 Einzelmessungen

asynchron (int. Clock) Max. Updaterate 5 Hz für alle

Kanäle (Orbit) Monitor Updaterate max. 0.5 kHz Auflösung 10 m rms (bei 63

Bunchen)

Status:

Alle SEDAC Kassetten installiert,

Testsoftware läuft (Hr. Glör –MST-),

Server in Arbeit

System Betriebsbereit ab Mitte Okt.

Bestehendes System:

Hardware basiert auf SEDAC Elektronikmodulen(ca. 130 Module in 90 Gräbern):Analog: Hybrid- und PPA-Modul (2-Kanäle, 8-bit ADC Auflösung)Digital: PPD-Modul (2-Kanäle, SEDAC-Doppelmodul, TTL-Technologie)Trigger: je ein MTM- und Delay-Modul (beides SEDAC)

Probleme:Zuverlässigkeit, PPA-Module: Hohe Wärmelast durch zu kompaktes Design, schnelle Alterung der Bauelemente (Elkos, Halbleiter). Halbleiterkomponenten nicht mehr verfügbar. Häufige Reparaturen habe die Leiterbahnen und Anschlusspads auf den Platinensubstrat zerstört!

Von 145 gefertigten Modulen sind nur noch 133 verfuegbar, d.h. nur 3 PPA-Module Reserve!!

Delay-Module:Das Delay-Modul hatte von Beginn an Probleme, d.h. springen des Delaywertes bei bestimmten Einstellungen (nicht reproduzierbar). Der Fehler trat zunächst sehr selten auf und wurde aus Zeitmangel nicht weiterverfolgt. Seit einiger Zeit tritt der Effekt wesentlich häufiger auf.Abhilfe: Monatliches nachstellen des Triggerdelays (online), ggf. Neuentwicklung eines SEDAC Delay-Moduls (bisher nicht geplant).

Neues (modifiziertes) System:

Bedingungen: Weitestgehende Nutzung der vorhandenenSEDAC-Infrastruktur.

Lösung: Geringfügig modifizierte TTF BPM-Elektronikplus neuem SEDAC Digital-Modul.Geplant: 30 Module (1 Kanal) für max. 15 Monitore,vorzugsweise in den geraden Stücken der WW-Zonen.Damit werden 15 Alte als Ersatz frei.

Verbesserungen:Geringere Wärmelast, daher erhöhte Zuverlässigkeit.Rauschärmere Bauelemente und 12-bit ADC's erhöhen dienutzbare Auflösung.

Status: Entwicklung der Analogtechnik ist abgeschlossen,die des Digitalmoduls zu ca. 90 % (R. Stadtmüller –MST-)Fertigung des Analogmoduls (FE) ist unterwegs, für dasDigitalmodul wird das Layout im Oktober gestartet(vorher ist keine Manpower verfügbar).Alle Gräber sind für den Einbau der neuen Technik vorbereitet.Die Überrahmen (Mechanik) müssen noch gefertigt werden.

Erster Test nicht vor Januar 2005 am WR10m BPM, danach sukzessive Umrüstung der geraden Stücke in den Zugangstagen.

Software: Der Server wird beide Versionen unterstützen.

Verbesserte BPMs für HERAp

Verbesserte BPMs für HERAp

Messprinzip: Extern getriggerte Einzelbunch (turn-by-turn) Messung nach dem AM/PM-Normierungsprinzip (wie Tevatron, LEP, LHC)

Neu Alt

R. Stadtmüller, MST; M. Wendt, MDI; G. Riesch, Zeuthen

Neue BPMs im EL-Weg

Anfage nach neuen BPMs im EL-Weg im Juli 2004 Dank sehr guten Zusammenarbeit mit MVP sind alle BPMs im Sept. eingebaut worden. 6 Neue BPMs bei 3m, 37m, 61m, 180m, 199m, 218m erlauben Winkel- und Lagemessung

nach Ejektion aus PETRA und vor Injektion in HERA. Neue Elektronik ist fertig. Messung aller Einzelbunche beim Transport sowie Mittelwertbildung

(bessere Auflösung). Mit der gleichen Elektronik wird die BPM Auslese im P-Weg verbessert. Neu: Testpulser zum

int. Funktionstest

A. Brenger, R. Neumann, MDI; R. Boesflug, MVA

Kollimator-Ansteuerung

Problem: 1-3 Ereignisse pro Jahr, in dem ein Kollimator ungewollt/selbständig in den Strahl hineinfuhr und einen Verlust auslöste. Die Steuereinheiten (HERMOT) sind seit HERA Start im Einsatz. Diese enthalten einen Mikroprozessor, dessen Programm nicht mehr geändert werden kann.

Abhilfe: Einbau einer existierenden SEDAC Kassette (LIUM), die die Signale der Steuereinheit nur auf Befehl durchlässt und DIO, die die Richtungssignale prüft.

Status:

In Planung, Beginn der Arbeiten Januar 2005. Dauer 10 Wocheninkl. Software.

G. Priebe, MDI2

Encoder sind nicht Strahlungsbestandig, daher häufig deaktiviert

Lebensdauermessung

Keine deutliche Verbesserungen in nächster Zeit wahrscheinlich. Grenze: Hardware. Problem: Niederfrequentes BrummenLösung: Neue Hardware, BERGOZ hat neuen N-PCT angekündigt. Hochauflösendes Model ist noch nicht fertig. Aber keine befriedigenden Ergebnisse mit Daten von N-PCT. Im Dezember wird ein Workshop über Lebendausermessung stattfinden, dort wird u.a. Brookhaven über die Erfahrungen mit den neuen Model berichten.

Wir bleiben `dran! Softwareentwicklungen von M. Lomperski

K. Knaack, R. Neumann, MDI4, M. Lomperski

Lebensdauermessung

Synchrotronlichtmonitor in HERAe

NEU

WR227

Aufbau von Rainer Fischer

WR227

Problem: Falsche Emittanzmessungen

Alter Spiegel (Be) war verbrannt

Photo des 2mm dicken Berylliumspiegels, der ausgebaut wurde und voll vom SR-Strahl getroffen wurde

Maßnahmen: (1)

- 2003: Tausch des Spiegels gegen vorhandenen.

- Temperaturberechnungen

- Begrenzung des Fahrweges (weniger Licht)

- 2004 (neu): Tausch des Spiegels gegen 4 mm Be-Spiegel mit spezifizierter polierter Oberfläche (/4)

Temperaturberechnungen

2 mm dicker Be-Spiegel 4 mm dicker Be-Spiegel

H. B. Peters –ZM1-

Weitere Maßnahmen (2)

Genaue Theorie anwenden (G. Kube)(mit den klassischen Theorie haben wir zum Teil negative Emittanzen gemessen)

» Strahlbreite beam = (measured 2 - cor

2)1/2

cor = (diff 2 + depth

2 +arc2 + camera

2)1/2 (horizontal)

cor = (diff 2 + depth

2 +camera 2)1/2 (vertikal)

» Theorie der BeugungAuflösungsgrenze klassisch: v = 400 m, h = 188 m genau (G. Kube): v = ca. 200 m, abh. von Spiegelposition

h = 95.2 m

» Tiefenschärfeklassisch: v = 185 m, h = 440 m genau: v = 154 m, h = 292 m

» Farbfilter (450 nm) verwenden (Auflösung ist wellenlängenabhängig)

» Polarisation der SR: Polarisationsfilterverwenden!

Resultate

SR-korrigiert

v = 340 m

h = 980 m

h = 13 ·10-9

v = 3.9 ·10-9

Wire scanner

v = 320 m

h = 960 m

h = 33 ·10-9

v = 2.9 ·10-9

Vertikalauflösung hängt von Spiegelstellung ab!Korrektur auf Spiegelposition vorgesehen

Abhängig von Abschwächer? Differenz zu wire Scanner -> Betafunktion?

SR stimmt mit Experimenten überein Geeignet f. relative Emittanzänderungen! Kontinuierlich

Synchrotronlicht HERAp

Aufbau von W. Hain, G. Miat, H.D. Bremer

OL81

Erste Resultate

1993

Nur Reflexionen sichtbar

Spiegel war nicht fahrbar

Keine gute Ausrichtung

2004

Spiegel fahrbar

2 Lichtflecke zu erwarten

Auslese wie SR-HERAe Prüfen was wir sehen Korrekturen genau berechnen (ca. 200 m) Kontinuierliche Beobachtung ab ca. 300 GeV?

G. Kube R. Fischer, G. Priebe, MDI2

Optik-Mismatch Monitore

M1 b-d: Filamentation of an unmatched beam

Oscillations of beam width due to mismatched injection

8

8,5

9

9,5

10

10,5

11

11,5

12

12,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Number of turns after Injection

Wid

th x

[mm

] "+10% beta-mism."

"+10% alpha-mism."

"-10% alpha-mism."

"no mism."

10% mism. afterfilamentation

Oscillations of the beam width due to mismatched injection.

Emittance blow up due to mismatch

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

% of mismatch

emit

tan

ce b

low

up

[%

]

beta mismatch

alpha mismatch

HERAp: OTR-Schirm

10 m Titan Folie

(Ø 75 mm)

Pressluftantrieb

mit Verriegelung

WR18Kamera

und

Linsensystem

Eigenbau (IHEP)

Protonen

E. Merker, IHEP

Erste Resultate

Schirm darf nur von max 100 Umläufen getroffen werden (Spezieller Trigger für Dump wurde installiert; ist nur bei Messungen aktiv)

Spezielle Kamera wurde von IHEP gebaut (Zeilenkamera mit DALSA Sensor IL-C6 mit großen Pixel (13 x 500 m).Auslese von nur 192 (von 2048) Pixel/Umlauf

Schirm/Kamera System vorher mit Laser genau justiert. Kamerakopf ist extern fahrbar.

Messungen/Status: Bisher nur der 1. Umlauf sichtbar, der aber gut. Problem: Kamera scheintnicht wie vorgesehen zufunktionieren. IHEP (E.Merker) wird Problem beheben (Okt. 04).

Kontrollsoftware wird nach erfolgreichen Tests erstellt.

1st turn (position Y=0.0mm)

0

100

200

300

400

500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

7measurements * 192pixels

Injektion und Start der MessungE. Merker (IHEP) I. Kroupchenkov (MDI1), Y. Kot (MPY),

HERAe: Synchrotronlicht

Der „normale“ SR Monitor erhält einen 2. optischen Weg mit einer schnellen kommerziellen Zeilenkamera ATM AVIIVA M2 CL 1010 mit (10x10 m Pixelgröße).Optional: Test mit Photomultiplier

Viel Licht durch die SR (Berechnungen von G. Kube)erlaubt viel kleinere Pixel, dadurch schnelle Auslese der Zeile (max. 53 kHz).

Abschirmmaßnahmen zum Schutz vor Strahlenschäden (SR + Neutronen) durch Tetraboroxid und Blei.

Status: Box bis Ende shutdown eingebaut, optisches System im Labor zum Test. Installation an einem der folgenden Wartungstage. Kontrollsoftware wird nach erfolgreichen Tests erstellt.

WR227

Photomultiplier

Kamera mit Bleiabschirmung

Licht von SR-Monitor

Klappspiegel

Abschirmung aus Tetraboroxid

Konzeption und Aufbau durch einen Studenten (Ch. Wiebers) + G. Kube, R. Fischer, MDI

Das Ende