Post on 11-Jan-2016
description
BOL
RvD 2004
1964 - 1977
Omstreeks 1964 werd de aanzetgegeven tot de eerste bolvormige veel-voudige 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 BOLen enige andere belangrijke onderdelen ondergebracht.
Onderwerpen van deze presentatie0. Inleiding1. Het IKO-cyclotron gebouwd in 19472. Achtergrond en doel van BOL (1964)3. Deeltjesdetectoren IKO en NV Philips4. Constructie van de BOL-detector (1965)5. Elektronica Front-end, Meetsysteem, Logica6. On-line computers (1967)7. Programmering en analyse8. Meetresultaten9. Ontmanteling van BOL-detector (2002)
“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.
Eeneerste blik op het BOL-systeemals geheel
1. Detector 2. Elektronica3. Regeling4. On-line computers5. Cyclotron console6. Registratie7. Regel- drukker
1
1
2
2
3
4
5
6
7
Schematisch overzichtBOL-systeem
cyclotron
deeltjesbundel
BOL-detector
meetelektronica
besturing
cyclotronbesturing
EL-X8computerdataverzameling
dataregistratie
on-line computernetwerk
detectoreenhedenmet elektronica
BOL-Detectormet 64 detectie-“poten”
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.
en de externe deeltjesbundel
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 (magneet-juk) werd geconfisceerd door de bezetter.
Na de oorlog werd het inmiddels gemoderni-seerde 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 oorspron-kelijk voorzien. In 1949 was het operationeel.
1947Het IKO in oude gasfabriek Oosterringdijk, Amsterdam
IKO-cyclotron in aanbouw, F.A. Heyn (r) en C.J. Bakker (l)(alg.directeur CERN 1955 - 1960).
1947
1. Magneet; 2. HF-systeem voor electromagnetisch veld waarin deeltjes worden versneld; 3. mechanisme voorinterne bestralingen t.b.v. van radioactieve bronnen.
IKO synchrocyclotron, maquette 1949
123
In het cyclotron worden de deeltjes versneldin steeds grotere cirkelvormige banen, gevang-en in een sterk magneetveld. Voor kernreactie-onderzoek moesten de deeltjes naar buiten worden gebracht (extractie).
L.A.Ch. Koerts c.s.slaagden daar-in omstreeks1958. Daar-mee was de basis gelegdvoor het IKOkernreactie-onderzoek. Koerts
Fluorescerend scherm oplichtend door deeltjes ontsnapt aan het mag-neetveld
bundelextractiesysteem
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, quadrupool- en buigmagneten - een nette evenwijdige bundel, de externe cyclotron bundel, die omstreeks 1963 nog werd verbeterd.
Waarom BOL?
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 waar-genomen 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 () worden ingesteld.
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” wordenveruit het beste gedaan met véél detectoren!
In 1964 leidde dit tot het idee en de innovatieve ontwikkeling van het ambitieuze BOL-systeem.
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
Iedere poot kreeg een detectietelescoop op-gebouwd 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-E-detector, een gloednieuwe ontwikkeling essentieel voor het BOL-project.
Productie PIN-detectoren
Detector assortiment NV Philips 1967
Nieuw!
De detectortelescoop
Damborddetector
PIN-detectoren
}
DamborddetectorDit is een plaatsgevoelige halfgeleider detector (Silicium oppervlakte-barrière, 0.3 mm dikte), waarvan de goud- en alluminiumelektroden beiden zijn onderverdeeld in onderling loodrechtestrippatronen, zichtbaar met spiegel in de vitrine.
Wanneer een geladen deeltje de damborddetector doorkruist, wordt zowel het energieverlies E 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 onder-ling loodrechte strippatronen m.b.v. pulssignalen van de strips afzonderlijk.
Dubbelzijdig strippatroonmet signaaluitlezing
Aantallen deeltjes per veld van radioactieve bron
Dambord”matje”
N
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.
1+2 Op de draaibank; 3. Kotterbeitel voor de trapgewijs tapse gaten; 4. Kotteren van gaten op de 32 ontwerp-posities (,) met 20 m precisie.
1 2
3 4
Bewerkenvan de halve koperen bollen
Binnenbol
met koelspiraalen buitentussenring
Gemonteerd met binnen- tussenring
Vacuumbol (2e schild)impregnering en montage
Vacuűmbolvoorbereid voor vacuűm-test.
rood 3e bolschild (luchtkoeling)
2e bolschild (vacuum)
Assemblage
1e bolschild (binnenbol)
Het skelet van BOL bijna gereed voor het monteren van detector-poten met elektronica.De horizontale as met buitentussenring draagt drie bolschilden.Het buitenste schild is voor luchtkoeling (via de slangen) van de pootelektronica.
met transistoren
Ontwerpen, bouwen, en testen “op tafel”
Een groot aantalanaloge en digitalefuncties d.m.v.transisitoren op één “printplaat”.Niet eerder vertoond!
BOL-Elektronica
1. Detector (poot) elektronica
2. Logica print (besturing en uitlezing)
3. ADC-print (analoog - digitaal conversie E: 13 bits E: 9 bits)
2
3
1
Dubbele Elektronica-tonvoor de beide printplatenper detectiepoot. De tonkon roteren voor plaatsingof uitname van een plaat.
BOL-platform met ton en “weerstandenkarretje”
..\BOL-poster2\e-bol-binnenring.JPG… en de onmisbare
oscilloscoop
Het inbrengen van een “poot”
BOL met poten.De deeltjes-bundel komt binnen via de vacuűmpijp (rode pijl) en gericht op een kleinespot (2 mm) op de tref-plaat in het centrum vande binnenbol
TV-camera instellen op fluorescerend scherm vlak voor de BOL-opstelling, terafregeling van de bundel.
Werktekening (1965) en maquette (1969) overzicht van het cyclotron (1), het externe bundel-systeem (2), experimentele opstellingen (3), de BOL-detector (4) met elektronica-ton (5)
besturing, dataregistratie en -visualisatie
Dataverzameling en registratieBOL 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.
Computernetwerkon-line configuratie
1 2
3
1.PDP-82.BOL- display console3. type- writer met pons- band
Dataregistratie op magneetband,2000 banden werden opgenomen
Papierbandlezer
Reken- en geheugenkasten
Console
Flexowriter
EL-X8COMPUTER
De On-line koppeling van computersen fijnmazige multidimensionale datavereiste 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)
Systeemsoftware,datareductie en dataverwerking
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
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
Deeltjesidentificatiezichtbaar op on-line oscilloscoop display
proton
deuterontriton
3He = 4He
E .
E
E
E = signaal Damborddetector E = signaal PIN-detectoren + E
Publicaties en proefschriften
Inspectie vaneerste resultaten op regeldrukkerpapier
MeetresultatenDalitz-plots geven de structuur weer vantussentoestanden in het reactieproces.
9Be (d, t ) 4HeTd = 26 MeV
1H + d p1 p2 nTd = 26 MeV
1H (3He, pd) p T3He = 69 MeV
2He*
2He* (instabiel), 2 gelieerdeprotonen samen in een Dambordetector als 1 “deeltje” gedetecteerd
Reactied + p p + p + n
1-dimensionale ve
Vergelijking meetgegevens en theorie in 1, 2 en 4 dimensies
Over de resultaten verschenen een twintigtal publicaties in internationale wetenschappelijke tijdschriften, en zes proefschriften; daarnaast doctoraal-scripties, conferentiebijdragen en rapporten.
Akkerman, H J M (M) PhArnold, 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) PhNLBregman, P (E) PhNLBijleveld, J H M (M)Bijvoets, Th (E/V)Dantzig, R van (F)Dieperink, J H (E) Dodd, L R (F) UAEngen, 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) PhNLHoekstra, R (E/F)
Hofker, W K (D) PhKate, P U ten (E)Kloet, W M (F) UUKoerts, 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) PhNLOostveen, K (E)Ridder, Th F de (F)Rumphorst, R F (E)Slaus, I (E) UZSonnemans, M A A (F) Suys, J L C N M (S) PhEL Tjon, J A (F) UU Toenbreker, J A M (S) PhEL
Auteurs van BOL-publicatiesin internationale tijdschriften
Verhaar, B J (F) UE Visschers, J L (F) Waal, J C (F) Wielinga, B J (F) Ypenberg, A D (F)
D = Detectorfysica/ techniekE = Elektronica/ ElektrotechniekF = FysicaM = Mechanische
technologieS = Software V = Vacuumtechniek
PhNL = Philips NatLabPhEL = Philips-ElectrologicaUA = Univ. AdelaideUE = Univ. EindhovenUU = Univ. UtrechtUZ = Univ. Zagreb
Rondleiding van de pers
Het Parool 1971
Rondleiding van de pers1969 1969
Haarlemse Courant 1969
Public
relations
BOL-team1970
Constructie in omgekeerde volgorde
1977 – 2002, 25 jaar monument
moetuiteindelijkwijken …
in weer en wind
De laatste poot eruit!
De ontmanteling!
Binnenbol(met “bewoning”)
gered van de sloop
• Binnenbol in twee helften• Poot met detectortelescoop• Damborddetector• Kotterbeitel
Sommige ontwikkelingen bij BOL -destijds nieuw - waren vroege tekenen van innovatieve instrumentele ontwikkelingenin de experimentele kern- en deeltjesfysica, zoals:
• Detectie alzijdig “rondom” het botsingsgebied (4)• Microstrip- en pixeldetectoren • Event registratie/processing (i.p.v. spectrumanalyse)
• On-line computer netwerken• Timesharing en multiprocessing
Detectie “rondom”werd vanzelfsprekend
Plastic Ball, Crystal Ball,CACTUS, TAPS, Miniball, ...
en de huidige detectorenbij botsingsringen.
CACTUS detector, Oslo
Miniball
1980 CERN1 x 100 x 200 m pitch
19811 x 100 x 50 m pitch
1982 CERN1 x 100 x 200 m pitch
19821x 100 x 50 m pitch
1965 IKO-PhilipsDamborddetector 2 x 10 x 1400 m pitch*
1985 CERN50 m pitch
pitch = afstand centra nabuurstrips
Stripdetector + uitleeselektronica werd verder ontwikkeld en nam een grote vlucht
FotografieHans ArnoldMarco Kraan
PresentatieRené van Dantzig
Met dank aanTon BoerkampErik Heijne Piet Lassing Jan van Veen Jan Visschers
EINDE