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Echtzeit-Mustererkennung zum Elektronennachweis mit einem RICH-Detektor in relativistischen Schwerionenkollisionen

Lehnert, Jörg


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Freie Schlagwörter (Deutsch): RICH-Detektor , Schwerionenkollision , Echtzeit-Mustererkennung
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: II. Physikalisches Institut
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.07.2000
Erstellungsjahr: 2000
Publikationsdatum: 18.06.2001
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Arbeit wird ein schnelles Echtzeit-Triggersystems zur Identifizierung von Dileptonen in einem vorgegebenen Intervall der
invarianten Masse beschrieben sowie speziell die Triggerkomponente zur Erkennung von Elektronen- und Positronensignaturen auf der
segmentierten Detektorfläche eines ringabbildenden Cherenkov-Detektors dargestellt. Dies umfaßt die vollständige Entwicklung der
Hardware sowie eines angepassten Algorithmus zur Ringerkennung. Mittels Dielektronenspektren im Massenbereich bis 1,1 GeV/c2 soll
das HADES-Spektrometer (High Acceptance DiElectron Spectrometer), das z. Zt. am Schwerionensynchrotron (SIS) der Gesellschaft für
Schwerionenforschung in Darmstadt in Betrieb genommen wird, in experimentellen Szenarien von pion- und protoninduzierten Reaktionen
bis hin zu Schwerionenkollisionen massivster Systeme vor allem die Frage nach vorhergesagten Modifikationen von Teilchenmassen und
-breiten im Medium untersuchen.


Zur schnellen Identifizierung von Dielektronenpaaren in einem Umfeld höchster Multiplizitäten von bis zu 200 geladenen Teilchen / Ereignis
und hoher Ereignisraten bis zu 105 / s wurde in der Gießener HADES-Gruppe ein Echtzeittriggersystem (Second Level Trigger) entwickelt,
das Elektronensignaturen in verschiedenen Teildetektoren lokalisiert und auf dieser Basis Ereignisse mit Dileptonenpaaren in einem
vorgegebenen Bereich der invarianten Masse auswählt. Der Reduktionsfaktor des Second Level Triggers liegt bei 100.


Bestandteil dieses Systems ist die Triggerelektronik zur Verarbeitung der Daten eines hadronenblinden ringabbildenden
Cherenkovdetektors. Die Elektronik besteht aus zwei VME-Einschubkarten pro Detektorsegment, die aus den Koordinateninformationen
der Detektorauslese innerhalb von im Mittel 40 [mikro]s das vollständige Treffermuster rekonstruieren, auf Basis dieses Musters eine
Ringerkennung auf der gesamten Detektorfläche bestehend aus 96x96 Bildelementen durchführen und deren Resultate den nachfolgenden
Triggereinheiten zur Verfügung stellen. Die verarbeitete Datenmenge hierbei beträgt ca. 150 MByte/s·Segment. Bei der Implementierung
der Funktionalität kam im großen Umfang programmierbare Logik zum Einsatz, die zum einen das sukzessive Umsetzen und Testen der
gesamten Funktionalität als auch im späteren Betrieb eine flexible Anpassung vor allem des Triggeralgorithmus an die Anforderungen der
unterschiedlichen experimentellen Situationen ermöglicht.


Der für eine Implementierung in die verwendeten Logikbausteine optimierte Ringerkennungsalgorithmus wurde in verschiedenen Szenarien
mit Daten aus den vollständigen Detektorsimulationen als auch aus Testexperimenten des realen Detektors getestet und dabei aus den
simulierten Daten eine Ringerkennungseffizienz oberhalb von 90% bei weniger als 0,5 fehlidentifizierten Elektronen / Ereignis für einen
optimierten Detektor ermittelt.