J-PARC/MLFの実験データ収集システム

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1 J-PARC/MLFの実験データ収集システム
日本原子力研究開発機構 J-PARCセンター 中谷　健 2012/1/28　次世代データ収集システム研究会

2 内容 J-PARC/MLFの実験装置 MLFのソフトウェアコンポーネント データ収集システム まとめ ソフトウェアフレームワークIROHA
システム構成 DAQモジュール群 イベントレコーディング まとめ

3 大強度陽子加速器施設（J-PARC） 500 m ハドロン実験施設Hadron Beam Facility
ニュートリノ実験施設Neutrino to Kamiokande 物質・生命科学実験施設Materials and Life Science Experimental Facility 50 GeV Synchrotron (0.75 MW) 核変換施設Nuclear Transmutation 500 m 3 GeV Synchrotron (25 Hz, 1MW) Linac (350m) J-PARC = Japan Proton Accelerator Research Complex Joint Project between KEK and JAEA (former JAERI)

4 物質・生命科学実験施設（MLF） 23中性子ビームライン Neutron Beam Lines 中性子ターゲット ミュオン実験装置
中性子実験装置 陽子ビーム 散乱中性子 陽子ビーム

5 MLF実験装置群 アマテラス 大観 iBIX 写楽 DNA SOFIA 四季 iMATERIA ANNRI NOP NOBORU SPICA
Muon D1 (KEK, JAEA) NOVA iMATERIA アマテラス SOFIA 匠 千手 大観 写楽 HRC NOP NOBORU ANNRI 四季 iBIX PLANET SuperHRPD SPICA DNA Muon U (KEK) Muon D2 (KEK) 中性子実験装置：19台 ミュオン実験装置：3台 HRC (KEK) 大観 (JAEA) アマテラス (JAEA) NOBORU (JAEA) SPICA (NEDO, KEK) PLANET (U. of Tokyo, JAEA) SOFIA (KEK) NOP (KEK) 写楽 (JAEA) 千手 (JAEA) VIN_ROSE (Kyoto U., KEK) SuperHRPD (KEK) ANNRI (Tokyo Tech. U., JAEA, Hokkaido U.) 匠 (JAEA) iMATERIA (Ibaraki Pref.) NOVA (NEDO, KEK） DNA (JAEA) iBIX (Ibaraki Pref.) 四季 （JAEA, KEK, Tohoku U.）

6 MLFソフトウェアコンポーネント 可視化 外部機関 実験制御 機器制御器 DAQミドルウェア ソフトウェアフレームワーク “IROHA”
共通ソフトウェア 実験制御 2次元 3次元 共通ソフトウェア 機器制御器 >3次元 遠隔 解析 機器制御 DAQミドルウェア ソフトウェアフレームワーク “IROHA” ワーキングデスクトップ DAQエレクトロニクス 統合インターフェース XML/HTTP Python 制御スクリプト ストレージシステム 解析スクリプト APIライブラリ 実験データ 共通ライブラリ 解析“Manyo-Lib” 非弾性 粉末回折 残留応力 装置依存ライブラリ. 単結晶 メタデータ 共通インターフェース データベース 制御ログ 解析ログ 機器監視 シミュレーション NeXus File 共通インターフェース ネットワーク ストレージ シミュレーター 第1原理計算

7 IROHAを通した測定の流れ UI デバイス管理 デバイス制御 Server process User made DAQ ミドルウェア
Working Desktop デバイス管理サーバー DAQ electronics 測定条件 機器制御ミドルウェア Equipment controllers 運転制御 スクリプト 機器条件 測定条件作成 測定条件送信 デバイス管理サーバーが運転制御 スクリプトのスレッドを生成 DAQ コマンド 運転制御スクリプトが機器条件を送信 運転制御スクリプトがDAQにコマンド送信

8 IROHAと制御ミドルウェア間のXMLメッセージ （1）
DAQ.params(“config.xml”) URI : HTTP POST MINE : text/xml Parameter : <params>config.xml</params> Working Desktop / IROHA 制御ミドルウェア HTTP/1.1 <status>OK</status> 8 8

9 IROHAと制御ミドルウェア間のXMLメッセージ （2）
DAQ.status() URI : HTTP GET MINE : text/xml Working Desktop/ IROHA HTTP/1.1 <status>OK</status> <devStatus>Ready</devStatus> 制御ミドルウェア 9 9

10 データ収集システム IROHA DAQ Middleware Working Desktop Common module User
Begin XML Configure End Status Begin End Web Server DAQ Operator デバイス管理 XML/HTTP DAQ Middleware DAQ Status Logger Dispatcher Gatherer SiTCP SiTCP SiTCP SiTCP SiTCP SiTCP SiTCP Monitor 10 10

11 データ集積モジュール（NEUNET） 8 He-PSD/module
A/D convert (12bit/40MHz) each pulse from PreAmps of both ends of PSD. 24bit/40MHz TOF counter 64MB FIFO memory SiTCP interface 2010年　160㎜×60㎜ 2008年

12 データ集積モジュール（GATENET, TrigNET）
T0 IN DIO 1　　　2 3　　　4 5　　　6 7　　　8 FADC ADC Open/Close trigger Distribute pulse ID and instrument clock to NEUNET and TrigNET 32kHz crystal clock Neutron monitor input (14bit/40MHz) Hardware gate External trigger input SiTCP interface 8ch DIO 2ch FADC（１００MSPS） 4ch ADC（～1kHz） SiTCP interface

13 データ集積モジュール（シンチ系） READOUT モジュール（256×256ピクセル） T0分配モジュール
READOUT GATE モジュール SiTCP モジュール (1) (2) (4) (3)

14 イベントデータ収集システム NEUTRONS Analysis CPU DAQs CPU UI DAQ electronics
Time, Position Time, Position CPU UI Time, Position Time, Position Time, Temperature etc. Time, Position DAQ electronics Sample environment, Moderator, etc. Analysis Detectors FS

15 イベントデータ収集の中性子散乱における実用例
Multi-Ei 測定＠四季（BL01） 時分割測定＠匠（BL19） 構造変化 （Brg index） 過渡現象測定＠NOVA（BL21） d-spacing 低温相 Li11BD4 Temp change in time time /min 加速器が停止してもデータが汚染されない 高温相 d-space / Å

16 NEUNET, GATENET, TrigNETを組み合わせた イベントデータ収集システム（案）
TOFトリガ TrigNETは、トリガ入力、パルス入力、レベル変化、ソフトウェアトリガでイベントデータを出力 TOFトリガ PulseID 装置時刻 GATENET 中性子 イベント TrigNET NEUNET NEUNET NEUNET NEUNET 計測器 外部パルス （電磁石のKP、チョッパーの位相トリガ） 外部レベル （チョッパーの同期状態） 外部アナログ （温度、磁場…) T0 装置時刻 外部パルス 外部レベル 外部アナログ ソフトウェアトリガ Trg Clk ExT GATENET TrigNET 40ms NEUNET Neu

17 データ収集システム開発体制 BBT 3He-PSD Scintillator
Developed by T. Hosoya (Ibaraki Univ.) GEM Developed by H. Ohshita (KEK) BL01 BL02 BL08 BL03 BL17 BL09 BL21 BL11 BL12 BL14 BL18 BL19 BL15 BL20 BL21 BBT DAQ-Middleware core supported by KEK electronics group OpenRTM-aist supported by AIST

18 まとめ J-PARC/MLFの実験装置群は共通のソフトウェアフレームワークIROHAのもとで実験制御を行っている。
データ収集システムはネットワーク分散の形で構成され、柔軟な変更が可能になっている。 イベントデータ収集によりこれまでできなかったデータ解析が可能になった。