概 要
Libera Hadronは、ハドロンシンクロトロンの特定のニーズに対応するために設計されたBPM信号処理システムです。このシステムは、ビームの位置、チューン、詳細なビーム研究を高精度で行うことができ、ユーザーにとって必要不可欠なツールです。高解像度のバンチごとの測定により、ビームのダイナミクスを把握し、長期間のデータを蓄積して解析することが可能です。
◆メリット
・ 高解像度の測定: バンチごとの位置、電荷、到着時間を高精度で測定し、正確なビームの評価を実現
・ データストリーミング: 遅いデータ(10 Hz)と高速データ(10 kHz)を同時にストリーミング可能で、リアルタイムのフィードバックを提供
・ 深いメモリバッファ: オフライン研究のための大容量メモリを搭載し、詳細なデータ分析をサポート
・ 低遅延フィードバックシステム: マルチバンチ不安定性フィードバックを実装可能で、ビームの安定性を向上
・ 柔軟なインターフェース: MTCA標準に基づくハードウェアにより、さまざまなシステムとの統合が容易
仕 様
◆ハードウェア仕様
・ 入力チャンネル数: 16チャンネル(1モジュールあたり4チャンネル)
・ ADC解像度: 16ビット
・ 最大ADCサンプリングクロック周波数: 250 MHz
・ モジュールごとのメモリサイズ: 4 Gbytes
・ データ処理: 外部トリガー信号によってデータの処理とバッファへの保存が開始されます。データは2つの2 GBバッファに保存され、ユー・ ザーの要求に応じて読み出されます。
・ ビームの動的表現: 測定はバンチマップとして整理され、長期間のビームダイナミクスを示すことができます。
◆コネクタおよびインターフェース
・ MTCA標準: ハードウェアはMTCA標準に基づいており、独自のシャーシを備えています。最大で4つのフル幅モジュールと2つのハーフ幅モジュールを収容できます。
・ バックプレーン: 高性能バックプレーンを搭載しており、要求の厳しいアプリケーションにも対応可能。
・ プラットフォーム管理コントローラー: システム全体の管理と監視を行うコントローラーを装備。
・ COMeモジュール: 異なるCPUオプションをサポートするCOMeモジュールを搭載。
◆DSPとデータパス
・ データパスの種類:
・ 生ADCデータ
・ バンチごとのデータ
・ FFT(高速フーリエ変換)
・ FFTピーク
・ 高速データ
・ 遅いデータ
・ データは10 kHz、遅いデータは10 Hzで提供されます。その他のデータパスは要求に応じたデータタイプです。
これらの仕様により、Libera Hadronは高精度なビーム測定と効率的なデータ処理を提供し、ハドロンシンクロトロンでの使用において非常に効果的なツールとなります。
ユースケース
1. ハドロンシンクロトロン
・ 用途: ビームの位置測定やチューン測定を行い、ビームの安定性と性能を最適化する。
・ 効果: 正確なビーム位置データにより、加速器の効率を向上させる。
2. 高エネルギー物理学実験
・ 用途: 粒子衝突実験におけるビームの詳細な測定を行う。
・ 効果: 実験結果の信頼性を向上させ、科学的な発見を促進。
3. ビームダイナミクス研究
・ 用途: ビームの挙動を長期間にわたって観察し、バンチマップを作成して解析する。
・ 効果: ビームの動的特性を把握し、最適な運用条件を見つける。
4. オフラインデータ分析
・ 用途: 深いメモリバッファを利用して、ビームデータをオフラインで解析する。
・ 効果: ビーム特性の理解を深め、改善点を特定。
5. 低遅延フィードバックシステム
・ 用途: マルチバンチ不安定性をリアルタイムで監視し、フィードバックを行う。
・ 効果: ビームの安定性を向上させ、科学実験の成功率を高める。
6. 国際共同研究プロジェクト
・ 用途: 複数の国や研究機関が協力してビーム研究を行う際に使用。
・ 効果: データの標準化と共有が可能になり、研究の進展を加速。
これらのユースケースにおいて、Libera Hadronは高精度なビーム測定と効率的なデータ処理を提供し、さまざまな科学研究や実験での重要な役割を果たしています。
パフォーマンス
◆Libera Photonのパフォーマンス概要
1. 測定精度
・ バンチごとのデータ: RMS不確かさは
・ 高速データ: RMS不確かさは
2. データストリーミング
・ 遅いデータ: 10 Hzのデータストリーミングを提供し、ビームの位置を高解像度で測定
・ 高速データ: 10 kHzでのストリーミングを実現し、リアルタイムでのビームフィードバックや安定性制御に利用可能
3. メモリ管理
・ 大容量メモリ: 各モジュールに4 Gbytesのメモリを搭載しており、深いメモリバッファによりオフラインでのデータ分析をサポートします。これにより、長期間のデータ保存が可能
4. データ処理能力
・ 外部トリガー: データの処理とストレージは外部トリガーイベントによって開始され、高度なリアルタイム信号処理アルゴリズムにより、バンチの検出、横方向の位置、電荷、到着時間の測定
5. インターフェースと互換性
・ MTCA準拠: MTCA標準に基づくハードウェア設計により、さまざまなモジュールとの互換性を持ち、要求の厳しいアプリケーションに対応
6. フィードバックシステム
・ 低遅延フィードバック: マルチバンチ不安定性のフィードバックシステムを実装可能で、ビームの安定性を維持し、科学的な実験の精度を向上
これらのパフォーマンス特性により、Libera Hadronはハドロンシンクロトロンにおいて高精度なビーム測定とデータ処理を提供し、研究者にとって貴重なツールとなります。
◆Libera Hadronのパフォーマンス
測定性能
・ バンチごとのデータ: RMS不確かさは
・ 高速データ: RMS不確かさは
ハードウェアパラメータ
・ 入力チャンネル数: 16チャンネル(1モジュールあたり4チャンネル)
・ ADC解像度: 16ビット
・ 最大ADCサンプリングクロック周波数: 250 MHz
・ モジュールごとのメモリサイズ: 4 Gbytes
これらのパフォーマンス特性により、Libera Hadronはハドロンシンクロトロンでの高精度なビーム測定とデータ処理を実現し、研究者や技術者にとって強力なツールとなります。
採用事例
Libera Hadronは、以下の研究所や施設で広く使用されています:
・ BEPC II, ADS, CSNS, HEPS - 中国高エネルギー研究所(IHEP)
・ Haerbin - 中国科学院現代物理研究所(IMP-CAS)
・ J-PARC - 高エネルギー加速器研究機構(KEK)、日本
・ KHIMA - 韓国放射線医学研究所(KIRAMS)
・ NICA - 国立核研究所(JINR)、ロシア
・ SIS 18, SIS 100, FAIR - ヘルムホルツ重イオン研究所(GSI)、ドイツ
・ Tsinghua University - 清華大学、中国
・ Zion - 台湾の中国生物医療技術(BIOTECH)
これらの施設では、Libera Hadronが高精度なビーム測定と信号処理を提供し、さまざまな科学研究や実験において重要な役割を果たしています