Проекты XXI века

На снимке: наладка электроники
считывания данных с детектора
KABES в эксперементальной зоне NA48/2
Еще до плановой подачи протонов ускорителя на мишень установки в тестовом режиме были получены и предварительно отъюстированы пучки заряженных каонов обоих знаков на созданной инженерами ЦЕРН уникальной пучковой линии. Это одна из главных особенностей эксперимента NA48/2. Одновременно началась проверка и наладка нового спектрометра KABES (Kaon Beam Spectrometer), - основанного на принципе Micromegas ТPC детектора, который сразу же показал хорошие результаты.

Спектрометр KABES - важнейший новый элемент эксперимента NA48/2, позволяющий с высокой точностью измерять импульсы заряженных частиц пучка высокой интенсивности - более десяти миллионов частиц в секунду на см2. Изготовление самого детектора взяла на себя группа из SACLAY. Однако вопрос с изготовлением электроники считывания данных с этого детектора долго не решался. Ни один из десяти европейских участников коллаборации не рискнул взять на себя соответствующие обязательства, так как считалось, что реализовать проект в оставшиеся до эксперимента сроки (около года) было нереально. Кроме того, были и дополнительные факторы риска: базовый чип - многоканальный HPTDC (High Performance Time to Digital Converter), единственный подходящий элемент для создания такой высокоскоростной системы считывания данных, был только что разработан и нигде еще серьезно не испытан (по недавно внедренной IBM технологии была изготовлена лишь опытная партия этих чипов). Сыграло свою роль и то, что в эксперименте NA48 до этого не применялась электроника выбранного типа в стандарте VME 64x-2eSST.

В начале 2002 года разработку и изготовление системы электроники считывания данных с детектора KABES взяли на себя специалисты из ОИЯИ. Решением комитета управляющих коллаборации NA48/2 координировать этот проект было предложено сотруднику ЛФЧ ОИЯИ Ю.К. Потребеникову. Условия, в которые были поставлены потенциальные исполнители работы, потребовали концентрации усилий наиболее квалифицированных специалистов Института и непростой организационной работы. В созданную для реализации проекта группу вошли сотрудники двух лабораторий Института - из ЛВЭ Сергей Базылев, Вячеслав и Илья Слепневы, Алексей Баскаков и, с привлечением к некоторым этапам работ, Александр Пиляр, а к развитию необходимого программного обеспечения был подключен участник коллаборации Роман Письменный из ЛФЧ.

В ходе проектирования системы выяснилось, что для передачи получаемой информации требуются наиболее скоростные интерфейсы обмена данными по цифровым сетям. Выбор был остановлен на разработанном и опробованном в ЦЕРН интерфейсе S-Link, обеспечивающем скорости передачи данных по оптическим каналам до 128 Мегабайт в секунду. Для передачи информации от управляющего сбором данных компьютера до on-line PC-farm был выбран протокол Gigabit Ethernet.

Как примененный стандарт VME 64x, так и указанные протоколы обмена данными были использованы в эксперименте NA48 впервые. Это потребовало не только поиска эффективных решений, но и детальной проработки вопросов интеграции разрабатываемой электроники в существующие подсистемы эксперимента. Все перечисленные работы выполнялись совместно экспертами соответствующих подсистем эксперимента и специалистами из ОИЯИ.

Работы по созданию электроники, в силу их важности для удачной реализации эксперимента, находились в поле особого контроля коллаборации NA48/2 и SPS комитета ЦЕРН. Ежемесячные представления результатов на совещаниях коллаборации, в том числе и с использованием возможностей видеоконференций, появившихся в ЛФЧ в прошлом году, и периодические слушания хода работ на совещаниях SPS комитетов ЦЕРН стали нормой для дубненских участников проекта и руководства коллаборации.

Система считывания данных с детектора KABES была изготовлена и автономно проверена в конце марта 2003 года практически без отставания от первоначально принятого графика работ. И это несмотря на то, что в ходе работ в базовом элементе HPTDC были обнаружены ошибки проектирования и чипы пришлось срочно менять на новую партию, что ни одно из российских предприятий не смогло выполнить заказ по монтажу модулей считывания, не сумев надежно припаять HPTDC чипы на платы прототипа. Приходилось искать нестандартные решения в условиях исключительно напряженного временного графика.

Полную работоспособность системы мог показать только ее комплексный тест совместно с установкой NA48 и новым детектором KABES в реальных условиях эксперимента. Подготовка к такому тесту началась 5 мая 2003 года во время технического сеанса эксперимента. Окончательная проверка была проведена после предварительной настройки пучков каонов и наладки детектора и закончилась полным успехом: уникальный детектор, оснащенный современнейшей системой считывания данных, дал первые результаты в пучках, интенсивность которых в тестовом режиме была поднята на 40 процентов выше номинальной. Возможности электроники считывания данных позволили записывать события с частотой 15 kHz при загрузках детектора около 40 миллионов частиц в секунду, что полностью соответствует требованиям эксперимента.

Реализованный проект - пример хорошего и плодотворного сотрудничества лабораторий Института, позволившего, при поддержке дирекции ОИЯИ, сконцентрировать усилия наших специалистов на создании самого современного высокотехнологичного оборудования. В чрезвычайно короткие сроки впервые в ОИЯИ была решена такая сложная и актуальная задача, обеспечившая получение новых физических результатов в одном из наиболее точных и интересных современных экспериментов по физике частиц.

В. Кекелидзе, директор ЛФЧ,
споксмен коллаборации NA48/2