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Technisches SeminarZeuthenSeptember 2015
Stefan Klepser
Von Affenzäunen und ersten Gammastrahlen
Das Upgrade der erstenH.E.S.S.-Kamera
Stefan Klepser | H.E.S.S. CT1 Upgrade | September 2015 | Page
Wer wir sind (hier am DESY)
2
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Unser Problem
> 30% Totzeit im Hybrid-Betrieb (Koinzidenz mit großem Teleskop)
> Viel Ausfallzeit durch alternde Elektronik im Wüstensand
> Jährlicher Datenverlust dadurch entspricht 350.000 €
3
No, thanks.
Another kHz anyone?
Not againnNope.
Not today,
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Unser Auftrag
> Modernisierung der vier H.E.S.S. I Kameras
> Ursprünglich nur Elektronik
> aber Elektronik will sauber und gelüftet sein
> und braucht zuverlässige Peripheriegeräte
4
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Wer wir sind (hier am DESY)
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Mech
Mech
Mec
h
Phys
LeadELEC
ELECELEC
ELEC
ELEC
AllInOne
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Wie wir arbeiten
> Sehr regelmäßigen Treffen der ganzen Gruppe*
> Jeder definiert seinen eigenen Zeit- und Arbeitsplan, aber transparent für alle
> Gesamtplanung wird im Team diskutiert
> Engpässe oder Probleme werden im Team aufgefangen
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* bzw. mit Teilnehmern aller Baustellen
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Warum wir H.E.S.S. in Zeuthen upgraden
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H.E.S.S.Upgrade
Kamera-KnowhowNECTAR-chipEthernet-ReadoutPulsgenerator?
H.E.S.S.-CommunityH.E.S.S.-Physik: Südhimmel (Milchstraße) Vela-Pulsar DESY-News 2014, 2015 Science-Papier LMC
Multi-PMT-DOM = HESS-Einschub in rund
Interlock-Technologie ARM-ChipCyclone-4
andere Bauteile
HESS-Ausleseboardin Evaluation
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IceCubeGen2Gen2
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Was kostet das Upgrade?
> 850k
▪ 50% davon Produktion Front-End-Boards
> 3-4 FTEs
▪ Über 2-3 Jahre
▪ Jetzt ist der das Hochplateau
> Kosten-Boostfaktor seit März 2013 (Projektplan): = 1.12
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Im Detail
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Im Detail
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Im Detail
9
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Im Detail
9
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Im Detail
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Lichtvom Gammastrahl
Filmchenvom Gammastrahl
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Boards, Boards, Boards
> 7 verschiedene
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Front-End(Digitalisierung)
Pulsgeneratoren
Interfacing(Strom &Ethernet)
Trigger & Timing(aka "Pizzablech")
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Dr. Leich's Meisterstück
> 8 Lagen, über 1000 Bauteile
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Mechanik/Pneumatik-Peripherie
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> Neues Lüftungssystem im Deckel (gefiltert und mit leichtem Überdruck)
> Pneumatik-Steuerung
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Was stand da unten in der Halle?
> Ein H.E.S.S.-Kamera Nachbau als Teststand
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Vorne. Diese Seite schaut in den Teleskop-Spiegel
Hinten. Dieser Deckel enthält eine neue Lüftungsanlage
DDDeec
Innen. Ein Rack mit Einschüben.benen.
Trigger- und Datenkabeleerr- PneumatikPP
(Teleskop-Spiegel)
(Tel(Tel(TelTelelelelesko
eskoeskoeseee
p-p-Spp-Spp-Spp-Spiege
iegeiegel)l)l)
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Ende März: "Assembly Readiness"
> Front end
> Drawer interface box
> Ventilation/Backdoor
> Power supply
> Network
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Designfinished?
Prototypingcycles
Prototypingfinished?
ProductionCT1
AssemblyReadiness?
3 Sept-Mar
2 Nov-Dec
2 <Nov
1 Dec-Jan
1 (Bought)
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28. April: Finale Inspektion der H.E.S.S.-Kollaboration
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Risikomanagement - Stand April 2014
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Risiko
Auswirkung
Ventilation/Temperatur
zu hoch
Softwarenicht ganz
fertig
Trigger-Inkompatibili-
täten
Sn
Zoll- oder Lieferverzöge-
rungen
ertibilbilbiliiitib
n Pneumatik-Inkompatibili-
täten
Hier ist nichtss(das ist gut)
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11. Mai: Grünes Licht für interne Abrissbirne
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22. Mai: Abtransport
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Risikomanagement - Stand April 2014
20
Risiko
Auswirkung
Ventilation/VTemperaturT
zu hochh h
Softwarenicht ganz
fertigf ti
Trigger-Inkompatnk t
tätentät
Sn
Zoll- oder Lieferverzöge-
rungen
ertibilitib
nbili-
umatik-nePnePnePnmpatibili-nkomInkInktätenttätt
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Lessons Learnt von der Zollabwicklung
> Wir waren 2-3 Wochen im Zoll
> Aufwand hängt stark vom Zollbeamten ab
> Alles in einer Kiste will eventuell gelistet sein
▪ Werkzeugkisten können sehr aufwändig sein
▪ Kleinkramsammlungen auch
> Zusammengebaute Einzelteile sind ein Gerät
> Akkus (vom Akkuschrauber) immer getrennt verpacken, und mit Herstellerzertifikat versehen
> Waren, die zurückgeschickt werden, immer getrennt verpacken
> Aber: Handgepäck ist vollkommen unkompliziert!
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3. Juli: Kisten angekommen
> zwei Tage vor uns. Perfektes Timing.
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5. Juli: DESYaner angekommen
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Risikomanagement - Stand April 2014
24
Risiko
Auswirkung
Ventilation/VTemperaturT
zu hochh h
Softwarenicht ganz
fertigf ti
Trigger-Inkompatnk t
tätentät
Sn
ZZZZooollllllll- oooddddeeerLLLLiiiiieeeefffffffeeeerrrrrrrrvvvveeeerrrrrzzzzöööögggeee-
rrrruuunnngggeeeen
ertibilitib
nbili-
umatik-nePnempatibili-nkomInktätenttätt
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Risikomanagement - Stand April 2014
24
Risiko
Auswirkung
Ventilation/VTemperaturT
zu hochh h
Softwarenicht ganz
fertigf ti
Trigger-Inkompatnk t
tätentät
ertibilitib
nbili-
umatik-nePnempatibili-komInktätenttätt
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Der Masterplan (a priori)
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MECHELEC
DAQ"Commissioning"
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Die Namibia-Crew
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CT1 Deployment CampaignJuly/August 2015
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Winter in Namibia
> Frisches T-Shirt-Wetter bei Tag
> Heizdecken bei Nacht
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Mechanik-Installation
> Kamera war leer und sauber - optimal vorbereitet
> 2 vorherige Reisen zur Erörterung der Lage waren sehr wichtig
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Mechanik-Installation
CT1 Deployment CampaignJuly/August 2015
Pascal Vincent Pascal Corona Tobias GräberFrikkievan Greunen
Hartmut Lüdecke Markus Schade
Albert Jahnke
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Mechanik-Installation
> Frische Luft und Gewichtheben
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Was nicht passt
> 1 Zentimeter macht einen Unterschied
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14. Juli: Erster Take-off
> 3 Tage früher als geplant
> Gewichtsbalance perfekt
> Frühere Rückreise
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Risikomanagement - Stand April 2014
33
Risiko
Auswirkung
VVVVVVVVVVeeennntttiiillllaaaaattttiiiiioooonnn/TTTTTTTTTTTeeemmmppppeeerrrrraaaaatttttuuur
zzzu hhhhooooccch
Softwarenicht ganz
fertigf ti
Trigger-Inkompatnk t
tätentät
ertibilbilbiliiitib
n PPPnnneeeuuummmaaaattttiiiikkk-IIInnnkkkkoooommmpppaaaatttttiiibbbiiilllliii-
ttttääääääätttttttteeen
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Risikomanagement - Stand April 2014
33
Risiko
Auswirkung
Softwarenicht ganz
fertigf ti
Trigger-Inkompatibili-nk tib
tätentät
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Klassenfahrt
34
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Klassenfahrt
34
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Alltag on site - Isabis Farm
35KlKlKlKllKlKKKlKKlKlKlKlepsepsepsepseppspsssepep erer ererererer eeeer e HHHHHHH| HH| HH| H| H| HH| HH| ||| .E.EEEEEEEEEEE.E.E..E.EE..E.EE.EEE.EEE S.SS.SS SSSS.SS.SS.SS.SS.SSSSSS.SSS.SS.SSS.SSSSSSS . CC. C. CC. CC. . C. CCCCTTTTTT1T1T1T1TT1T1T1T1T1T1T1T1TT111TTTTT1111 UUUUUUUUpgUpgpgUpgUpgpgUUUpgUUpgUUpgUpgpgpUpgpgradradraddradrarraraa ee eee ||||||||||| SepSepSepSepSepSepeppppSeepepSSepSepSepSeppeSepppSepSepppSeSeSeSeSeSeSeptttemttemememememmmmtemtemememmtemememmtemememtemtteemtetemeteteetteet mmtt beberberberbbbbbeberberberberrrrberberbeeeerrerberbbeebeberr 22022202020202222020202022020200001111151515515 5 511115 15115 5515 ||||| PagPaPaPaPagPagPaPaagggagP gPaPPaaaPPaPaPaggeeeeeeeeee 353535355353553535353355353535353553533535353353
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Alltag on site - Rhythmus, Teleskop und Residenz
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Elektronik-Installation
CT1 Deployment CampaignJuly/August 2015
Holger Leich
Marko KossatzGianluca
Giavitto Carola Rüger Volker Buchholz
Markus Schade
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Elektronik-Tests mit Todesfolge
> Einschub-Lazarett
> 5 Tote Einschübe (FPGA kaputt)
> 3 Tage Verschwörungstheorien pur
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Der Affenzaun
> kV-Pulse "in der Luft"
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Der Affenzaun
> kV-Pulse "in der Luft"
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Einschub-Montage und Elektronik-Installation
> Entscheidung: Keine erneuten Tests, alles direkt einbauen
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20. Juli: Alle Einschübe eingebaut
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Tests in der Kamera
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Kleinere Probleme dazwischen
> Falsches Glasfaserkabel war installiert (Durchmesser)
> Falscher Widerstand (1kΩ statt 0Ω, kompensiert durch )
> Falscher Anschluss (24V statt Erde)
> alle behoben
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Tests in der Kamera
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Risikomanagement - Stand April 2014
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Risiko
Auswirkung
Softwarenicht ganz
fertigf ti
TTTTTrrrrriiigggggggeeerrrr-IIInnnkkkkoooommmmpppaaaatttttiiibbbiiilllliii-
tttäääääättttttteeeen
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Risikomanagement - Stand April 2014
45
Risiko
Auswirkung
Softwarenicht ganz
fertigf ti
Hier ist nichtss(das ist gut)
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23. Juli: Alle Einschübe funktionieren!
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24. Juli: Abreise der Hardware-Crew
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DAQ-Integration und Inbetriebnahme
4848888888
CT1 Deployment CampaignJuly/August 2015
GianlucaGiavitto
Matthias FüßlingMarekPenno
Thomas Murach
Vincent Marandon
Arnim Balzer
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DAQ-Integration
> 7 Main Controllers, 7 Sub-Controllers
> ZMQ (log) and Thrift (data) integrated in DAQ, set up DB, tested data streams
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Tastenarbeit
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15. August: Erste Gamma-Schauer!
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Risikomanagement - Stand April 2014
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Risiko
Auswirkung
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ffffffeeerrrrrrrttttttttiiiig
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Risikomanagement - Stand April 2014
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Risiko
Auswirkung
Hier ist nichtss(das ist gut)
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Der Masterplan (a priori)
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MECHELEC
DAQ"Commissioning"
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Der Masterplan (a posteriori)
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MECHELEC
DAQ"Commissioning"
First Light
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Zeit auszuruhen?
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Todo Liste
> Manche Drawer schicken manchmal keine Daten
▪ Firmware-Problem
> Trigger schickt manchmal komische Flut an Triggersignalen (300 kHz statt 100 Hz)
▪ vmtl. Software-Konfigurationsproblem
> Triggerboard reagiert temperaturabhängig
▪ braucht kleinen Hardware-Fix (Oktober)
> Anderer Kleinkram
▪ Events werden zwischen Kameras gemischt (oder gehen verloren)
▪ Kalibration gibts noch gar nicht
▪ Simulation ist auch noch in Arbeit (I. Lypova, hier im Haus)
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Außenkommunikation
> Wir sind angewiesen auf externe Kollaborateure
> Motivation für Hardware-Themen funktioniert nicht über Berichte
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Zeitplan
> Erste Kamera Juli 2015 ✓> Kameras 2-4 Mitte 2016
> Verzögerungsfaktor seit März 2013 (Projektplan): = 1.3
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2015
2016
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Zeitplan
> Erste Kamera Juli 2015 ✓> Kameras 2-4 Mitte 2016
> Verzögerungsfaktor seit März 2013 (Projektplan): = 1.3
58
2015
2016
SSStSSSSSStStStSteStSteeeSSSSStSttSteSteSteSteSteSteeSteSSSSStSteSteteSSSteSteSSSSSteteSSSSSSSSteteSSSSSteteteeeSteSSSteSteSteteeSStStteStSteteeeeeeSSStettteeeeSStStStefffffffaff nfffffanfaffanfanfanafffaanffffaafaaaaanfanffaaaaaaananffafaaaafanfffaaaafannnfffffafaafffaaaafannan KKKKKKKKKlKKKllllKKKKKKKlllKKKKKKKllllKlKKKKlllKlKKKKlllKlKKKKKlKlKlKKKKKKlllKKKKKlKKKlKKlKKKKlllKKlKlKlKKKKlKKKllKKllllepepepepepeppspsspspsepsepsepseepepepepepepepepepppepspseepeepepsepsepsepsepseepeeppppsssepssseepepppppsseepppppssepeeeeppppsssepeeepepppppsseeppppepseeppppppeepepeppepepppepseeppppepepseeepeppseeeppseppsseepsppppppp eerer er ererererererereer ereeeereeeeer eer eeeeeeeereeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeerer eeee || H|| H| HH| H| H| HHHHHHHH H| HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH|| HHHHHHHHHHHH| HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH|| .EEEE.EE.EEEEEEE.EEE.E.EE.EEEE.EEE..EE.EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE.EEEE.EEE.EEE...EEE..EEE SSSSSSSSSSS.SS.SSSS.SSSSSS.SSSSSSS SSSS.SSSSS SSSSSSSS SSSSSS.SSSSSSSSSS.S.SSS.SSSSSSSSS.S.SSSS CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC.. CCCCCCCCCC. C CCCCCCCCCCCCCCCCCC. CCCCC. CCCC. CTTTTTTTTT1111111TTTTTTTTTT111111TTTTTTTT111111TTTTTTTTT1111111TTTT1TTTTT1111111T1TTTTTTTTTTT1111TTTTT1T1TTT11TTTTTTTT111111TTTT1T111111TTTTT111TTT1TTT1111TTTTT1111 UUUUUUUpgUpgUUUUUUUpgUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUpggggUUUUUUpgggggggggggggggggggradradradddradddddddddddddddddddde ee e eeeee | SepppSepppppeepppppppppppppppppppppppppppptemmtemttttemtemeeemmmemmttttttteeeeeee bbbbbbeberbbbbbbberbbbbbbbbbbbebbeeebbbbbbeee 202020222220222200015 55 ||| PPPPPPPPagPagPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP eeeeeeeeeeeeeeeeeeeee 58
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Zusammenfassung
> Die erste Kamera des H.E.S.S.-Upgrades ist installiert und funktioniert
> Technologische Verzahnung mit anderen Projekten ist hoch
> Ressourcen- und Zeitrahmen ist unter Kontrolle
> Fertigstellung 2016 ist sehr wahrscheinlich
> Es wird demnächst etwas eng in der Halle :)
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Ende.
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Technische Kennzahlen
61
What How much/many
Pixels 960
Power (Drawer) 29 W
Power (Camera) 5-6 kW
Dynamic range 2000
Bandwidth 300 MHz
Sampling rate 1 GHz
Readout window 16 ns *
High Voltage 1.0 - 1.6 kV
Dark rate (PMT) 100 - 500 MHz *
Data rate (Camera) 1 kHz *
Data rate (array) 1.7 kHz *
Event size 12 kB (uncompressed)
Data bandwidth 1 GBit/s
Weight 910 kg
Field of view 5°* pre-upgrade
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