pps/slideshow

Download Report

Transcript pps/slideshow

Slide 1

BOL
1964 - 1977
RvD 2004


Slide 2

Omstreeks 1964 werd de aanzet
gegeven tot de eerste bolvormige veelvoudige deeltjesdetector in de kern- en
deeltjesfysica: “BOL”.
Daarbij behoorden baanbrekende
ontwikkelingen, waarover meer in de nu
volgende presentatie.

In deze vitrine zijn het hart van BOL
en enige andere belangrijke onderdelen
ondergebracht.


Slide 3

Onderwerpen van deze presentatie
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Inleiding
Het IKO-cyclotron gebouwd in 1947
Achtergrond en doel van BOL (1964)
Deeltjesdetectoren IKO en NV Philips
Constructie van de BOL-detector (1965)
Elektronica Front-end, Meetsysteem, Logica
On-line computers (1967)
Programmering en analyse
Meetresultaten
Ontmanteling van BOL-detector (2002)


Slide 4


Slide 5

“BOL”
bevatte een aantal bijzondere elementen
• deeltjesbundel uit het IKO-cyclotron
• “trefplaat” waarin kernreacties optreden
• 64 detectieunits (”poten”) rondom de trefplaat
om wegvliegende reactiedeeltjes te detecteren
• drie bolschilden (binnen-/vacuum-/buitenbol)
• per poot 2 (dus 128) grote borden elektronica
cylindrisch gerangschikt in een dubbele “ton”
• twee on-line PDP-8 minicomputers voor
besturing, dataregistratie en -visualisatie
• een on-line mainframe EL-X8 computer voor
data-analyse.


Slide 6

Een
eerste
blik op
het BOLsysteem
als
geheel

1
2

1
2

1. Detector
2. Elektronica
3. Regeling
4. On-line
computers
5. Cyclotron
console
6. Registratie
7. Regeldrukker

5
4

3

6

7


Slide 7

Schematisch overzicht
BOL-systeem
BOL-detector

detectoreenheden
met elektronica
cyclotron

meetelektronica

cyclotron
besturing

besturing

dataregistratie
on-line computernetwerk
dataverzameling

EL-X8
computer


Slide 8

BOLDetector
met 64
detectie“poten”


Slide 9


Slide 10

BOL werd gebouwd in het
Instituut voor Kernfysisch
Onderzoek (IKO),

opgericht in Amsterdam in 1947,
voorloper van het
Nationaal Instituut voor Kern- en
Hoge Energie Fysica (NIKHEF),
waar u zich nu bevindt.


Slide 11

en de externe deeltjesbundel


Slide 12

Een cyclotron is een circulaire versneller
van kerndeeltjes binnen een elektromagneet.
Het IKO cyclotron was net in aanbouw vÓÓr
1940 (WO-II). Koper (spoelen) en ijzer (magneetjuk) werd geconfisceerd door de bezetter.

Na de oorlog werd het inmiddels gemoderniseerde ontwerp gerealiseerd door de Gemeente
Amsterdam en NV Philips. Het werd zelfs een
synchrocyclotron: d.w.z. de deeltjes werden
versneld in “bunches”. Hierdoor kon een
hogere energie worden bereikt dan oorspronkelijk voorzien. In 1949 was het operationeel.


Slide 13

1947
Het IKO in oude gasfabriek
Oosterringdijk, Amsterdam

1947

IKO-cyclotron in aanbouw,
F.A. Heyn (r) en C.J. Bakker (l)
(alg.directeur CERN 1955 - 1960).


Slide 14

IKO synchrocyclotron, maquette 1949

1
3

2

1. Magneet; 2. HF-systeem voor electromagnetisch veld
waarin deeltjes worden versneld; 3. mechanisme voor
interne bestralingen t.b.v. van radioactieve bronnen.


Slide 15

In het cyclotron worden de deeltjes versneld
in steeds grotere cirkelvormige banen, gevangen in een sterk magneetveld. Voor kernreactieonderzoek moesten de deeltjes naar buiten
worden gebracht (extractie).
L.A.Ch. Koerts c.s.
slaagden daarin omstreeks
1958. Daarmee was de
basis gelegd
voor het IKO
kernreactieKoerts
onderzoek.


Slide 16

De versnelde deeltjes konden uit het magneetveld
ontsnappen door aan de rand een verstoring aan te brengen.
De aldus “geëxtraheerde” waaiervormig uittredende deeltjes
werden optomagnetisch - d.m.v. collimatoren, quadrupoolen buigmagneten - een nette evenwijdige bundel, de externe
cyclotron bundel, die omstreeks 1963 nog werd verbeterd.

bundelextractiesysteem
Fluorescerend scherm
oplichtend door deeltjes
ontsnapt aan het magneetveld


Slide 17

Waarom BOL?


Slide 18

Door de bundel op een trefplaat te laten vallen,
treden er botsingen op met atoomkernen;
kernbrokstukken vliegen naar alle kanten,
rondom het botsingsgebied.
Deze reactieproducten kunnen worden waargenomen in detectoren, die een elektrisch
signaal afgeven als ze worden getroffen door
een kerndeeltje.
Aanvankelijk werd het onderzoek uitgevoerd
door steeds een enkel deeltje afkomstig van
een botsing te detecteren. Een detector kon
daartoe rondom de trefplaat op de gewenste
verstrooiїngshoek (q) worden ingesteld.


Slide 19

Uit experimenten omstreeks 1962 bleek dat
veel meer informatie over het reactieproces
kon worden verkregen als rondom het
botsingsgebied - per kernreactie - meerdere
deeltjes in coincidentie (tegelijk), zouden
worden gedetecteerd.
Coincidentiemetingen “rondom” worden
veruit het beste gedaan met véél detectoren!
In 1964 leidde dit tot het idee en de innovatieve
ontwikkeling van het ambitieuze BOL-systeem.


Slide 20


Slide 21

Deeltjesdetectoren
Van de verschillende soorten detectoren waren
de nieuwste en de beste:
silicium halfgeleiderdetectoren.
In samenwerking van de Philips NatLab groep
“Stralingsdetectie” en het BOL-team werden
voor BOL speciale detectoren ontwikkeld.

Detectoren in ontwikkeling


Slide 22

Iedere poot kreeg een detectietelescoop opgebouwd uit verschillende elementen:
1. Drie PIN-detectoren (4 à 5 mm dikte). Hierin
stoppen invallende deeltjes die daarin volledig
hun energie (E) afgeven: de E-detector
2. Een Dambord-DE-detector, een gloednieuwe
ontwikkeling essentieel voor het BOL-project.

Detector assortiment
NV Philips 1967

Productie
PIN-detectoren


Slide 23

De detectortelescoop
Damborddetector

}
PIN-detectoren


Slide 24

Damborddetector
Dit is een plaatsgevoelige
halfgeleider detector
(Silicium oppervlaktebarrière, 0.3 mm dikte),
waarvan de goud- en
alluminiumelektroden
beiden zijn onderverdeeld
in onderling loodrechte
strippatronen, zichtbaar
met spiegel in de vitrine.


Slide 25

Wanneer een geladen deeltje
de damborddetector doorkruist, wordt zowel het
energieverlies DE als de plaats van inval bepaald.
De onderverdeling van de elektroden in 10 strips,
met “pitch” (herhaling) 1.4 mm, laat toe de plaats
te meten op het dambord gevormd door de onderling loodrechte strippatronen m.b.v. pulssignalen
van de strips afzonderlijk.
Dubbelzijdig strippatroon
met signaaluitlezing
Aantallen deeltjes per veld
van radioactieve bron

Dambord”matje”
N


Slide 26


Slide 27

Gesmolten koper klaar om gegoten te worden in de
halfbolvormige gietmal. Twee halve bollen vormen
het hart van de BOL waarin detectortelescopen en
de elektronica worden gepositioneerd en gekoeld.


Slide 28

1

Bewerken
van de
halve
koperen
bollen

2

1+2 Op de draaibank; 3. Kotterbeitel voor de trapgewijs
tapse gaten; 4. Kotteren van gaten op de 32 ontwerpposities (q,f) met 20 mm precisie.

3

4


Slide 29

Binnenbol

Gemonteerd met binnentussenring

met koelspiraal
en buitentussenring


Slide 30

Vacuumbol (2e schild)
impregnering en montage


Slide 31

Vacuűmbol
voorbereid
voor vacuűmtest.


Slide 32

Assemblage

1e bolschild
(binnenbol)
2e bolschild
(vacuum)

rood 3e bolschild
(luchtkoeling)


Slide 33

Het skelet van BOL
bijna gereed voor het
monteren van detectorpoten met elektronica.
De horizontale as met
buitentussenring
draagt drie bolschilden.
Het buitenste schild is
voor luchtkoeling (via
de slangen) van de
pootelektronica.


Slide 34

met transistoren


Slide 35

Ontwerpen, bouwen,
en testen “op tafel”

Een groot aantal
analoge en digitale
functies d.m.v.
transisitoren op
één “printplaat”.
Niet eerder vertoond!


Slide 36

BOL-Elektronica
1. Detector (poot)
elektronica
2. Logica print
(besturing en
uitlezing)
3. ADC-print
(analoog digitaal
conversie
E: 13 bits
DE: 9 bits)

2
1

3


Slide 37

Dubbele Elektronica-ton
voor de beide printplaten
per detectiepoot. De ton
kon roteren voor plaatsing
of uitname van een plaat.


Slide 38


Slide 39

BOL-platform met ton en
“weerstandenkarretje”


Slide 40

… en de onmisbare
oscilloscoop

..\BOL-poster2\e-bol-binnenring.JPG


Slide 41

Het inbrengen van een “poot”


Slide 42

BOL

met poten.
De deeltjesbundel komt
binnen via de
vacuűmpijp
(rode pijl) en
gericht op
een kleine
spot (2 mm)
op de trefplaat in het
centrum van
de binnenbol


Slide 43

TV-camera
instellen op
fluorescerend
scherm vlak
voor de BOLopstelling, ter
afregeling van
de bundel.


Slide 44

Werktekening (1965) en maquette (1969)
overzicht van het cyclotron (1), het externe bundelsysteem (2), experimentele opstellingen (3), de
BOL-detector (4) met elektronica-ton (5)


Slide 45

besturing, dataregistratie en -visualisatie


Slide 46

Dataverzameling en registratie
BOL was – in Europa, voor zover bekend - het
eerste kernfysische experiment “on-line” aan
een dataverzamelend en besturend “netwerk”
van aan elkaar gekoppelde computers.
Het netwerk omvatte
• 2 PDP-8 minicomputers
• 1 Philips Electrologica X8 mainframe computer
En het vereiste het ontwerp van koppelapparatuur
(en bijbehorende programmatuur) tussen de
computers onderling en met de BOL-opstelling.


Slide 47

Computernetwerk
on-line configuratie


Slide 48

1

3

2
1. PDP-8
2. BOLdisplay
console
3. typewriter
met
ponsband


Slide 49

Dataregistratie op magneetband,
2000 banden werden opgenomen


Slide 50

EL-X8

Reken- en geheugenkasten

C
O
M
P
U
T
E
R
Flexowriter

Papierbandlezer


Slide 51

De On-line koppeling van computers
en fijnmazige multidimensionale data
vereiste eigen ontwikkeling van nieuwe
• Operatingsystemen voor PDP-8 en X8
(Timesharing en multiprogramming)

• Programmeermethoden
• Registratiemethoden (magneetband/drum)
• Analysemethoden
• Representaties van multidimensionale data
(display, plotten en printen)


Slide 52

Systeemsoftware,
datareductie en dataverwerking


Slide 53

Voor de PDP-8 minicomputers
• Monikor systeem, multiprogrammering met
parallelle asynchrone jobs
• Datacommunicatie
- computer – experiment
- computer – computer
• Interfacedrivers
• Display met lichtpen (uitlezing datapunten)
• Magneetbandverwerking
• Dataverwerking
• Fysische programma’s


Slide 54

Voor de Philips-Electrologica X8 computer
• Wammes operating system (multiple access,
timesharing, file-oriented, swapping, flexible
job allocation) - Europese “UNIX”
• Associatief tellen op drumgeheugen voor
opbouw zeer grote multidimensionale spectra
• Datacommunicatie EL-X8 – PDP-8
• Dataverwerking Vensterprogrammering voor
meervoudig niveau-gestructureerde eventdata
(reductie, filtering, intellen, transformaties van
multidimensionale arraydata)
• Fysische rekenprogramma’s


Slide 55

Deeltjesidentificatie
zichtbaar op on-line oscilloscoop display

3He

a = 4He

E . DE

triton
deuteron
proton

DE = signaal Damborddetector
E

E = signaal PIN-detectoren + DE


Slide 56

Publicaties en proefschriften


Slide 57

Inspectie van
eerste resultaten op regeldrukkerpapier


Slide 58

Meetresultaten

1H

+ d  p1 p2

n
Td = 26 MeV

Dalitz-plots geven de structuur weer van
tussentoestanden in het reactieproces.

(d, t a) 4He
Td = 26 MeV
9Be

1H (3He,

pd) p
T3He = 69 MeV


Slide 59

2He*

2He*

(instabiel), 2 gelieerde
protonen samen in een
Dambordetector als 1
“deeltje” gedetecteerd


Slide 60

Vergelijking meetgegevens en
Reactie
d + p  p + p + n theorie in 1, 2 en 4 dimensies

1-dimensionale ve


Slide 61

Over de resultaten
verschenen een twintigtal publicaties in
internationale wetenschappelijke tijdschriften,
en zes proefschriften; daarnaast doctoraalscripties, conferentiebijdragen en rapporten.


Slide 62

Auteurs van BOL-publicaties
in internationale tijdschriften
Akkerman, H J M (M) Ph
Arnold, H (F)
Balder, J R (F)
Bie, J E P de (F)
Biekman, W C M (S)
Blommestijn, G J F (F)
Boer, J A den (D) PhNL
Bregman, P (E) PhNL
Bijleveld, J H M (M)
Bijvoets, Th (E/V)
Dantzig, R van (F)
Dieperink, J H (E)
Dodd, L R (F) UA
Engen, P G van (S)
Es, J T van (E)
Haitsma, Y (F)
Hall, F A van (E)
Heemskerk, J A (V)
Hermans, W C (F)
Hoeberechts, A M E (D) PhNL
Hoekstra, R (E/F)

Hofker, W K (D) Ph
Kate, P U ten (E)
Kloet, W M (F) UU
Koerts, L A Ch (F)
Kok, E (E)
Kraus, J (E)
Kwakkel, E (E)
Mars, A J (S)
Meester, R P (S)
Mooy, R B M (F)
Mulder, K (F)
Oberski, J E J (F)
Oosthoek, D P (D) PhNL
Oostveen, K (E)
Ridder, Th F de (F)
Rumphorst, R F (E)
Slaus, I (E) UZ
Sonnemans, M A A (F)
Suys, J L C N M (S) PhEL
Tjon, J A (F) UU
Toenbreker, J A M (S) PhEL

Verhaar, B J (F) UE
Visschers, J L (F)
Waal, J C (F)
Wielinga, B J (F)
Ypenberg, A D (F)

D

S
V

= Detectorfysica/
techniek
= Elektronica/
Elektrotechniek
= Fysica
= Mechanische
technologie
= Software
= Vacuumtechniek

PhNL
PhEL
UA
UE
UU
UZ

= Philips NatLab
= Philips-Electrologica
= Univ. Adelaide
= Univ. Eindhoven
= Univ. Utrecht
= Univ. Zagreb

E
F
M


Slide 63

Het Parool 1971
Haarlemse Courant 1969

Rondleiding
van
Rondleiding
van de pers
1969

de pers
1969


Slide 64

BOL-team
1970


Slide 65

Constructie in omgekeerde volgorde


Slide 66

1977 – 2002, 25 jaar monument
in weer en wind

moet
uiteindelijk
wijken …


Slide 67

De laatste poot eruit!


Slide 68

De ontmanteling!


Slide 69

Binnenbol
(met “bewoning”)
gered van de sloop


Slide 70

• Binnenbol in twee helften
• Poot met detectortelescoop
• Damborddetector
• Kotterbeitel


Slide 71

Sommige ontwikkelingen bij BOL
-destijds nieuw - waren vroege tekenen van
innovatieve instrumentele ontwikkelingen
in de experimentele kern- en deeltjesfysica,
zoals:
• Detectie alzijdig “rondom” het botsingsgebied (4p)
• Microstrip- en pixeldetectoren
• Event registratie/processing (i.p.v. spectrumanalyse)
• On-line computer netwerken
• Timesharing en multiprocessing


Slide 72

Detectie “rondom”
werd vanzelfsprekend
Plastic Ball, Crystal Ball,
CACTUS, TAPS, Miniball, ...
CACTUS detector, Oslo

en de huidige detectoren
bij botsingsringen.

Miniball


Slide 73

Stripdetector + uitleeselektronica
werd verder ontwikkeld en nam een grote vlucht
1965 IKO-Philips
Damborddetector 2 x 10 x 1400 mm
pitch*

1980 CERN
1 x 100 x 200 mm pitch

pitch = afstand centra nabuurstrips

1982
1x 100 x 50 mm pitch

1982 CERN
1 x 100 x 200 mm pitch

1985 CERN
50 mm pitch

1981
1 x 100 x 50 mm pitch


Slide 74

Fotografie
Hans Arnold
Marco Kraan
Presentatie
René van Dantzig
Met dank aan
Ton Boerkamp
Erik Heijne
Piet Lassing
Jan van Veen
Jan Visschers


Slide 75

EINDE