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

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

– ソフトウェアフレームワーク IROHA• データ収集システム

– 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

物質・生命科学実験施設Materials and Life Science

Experimental Facility

ハドロン実験施設Hadron Beam Facility

ニュートリノ実験施設

Neutrino to Kamiokande

核変換施設Nuclear

Transmutation

大強度陽子加速器施設（ J-PARC ）

J-PARC = Japan Proton Accelerator Research Complex

Joint Project between KEK and JAEA (former JAERI)

50 GeV Synchrotron(0.75 MW)

3 GeV Synchrotron(25 Hz, 1MW)Linac

(350m)

500 m

中性子実験装置

ミュオン実験装置

中性子ターゲット

Neutron Beam Lines23 中性子ビームライン

散乱中性子

陽子ビーム

陽子ビーム

物質・生命科学実験施設（ MLF ）

MLF 実験装置群

SOFIA (KEK)

大観 (JAEA)

HRC (KEK)

SuperHRPD (KEK)

Muon D2 (KEK)

ANNRI (Tokyo Tech. U., JAEA, Hokkaido U.)

千手(JAEA)

写楽(JAEA)

SPICA(NEDO, KEK)

VIN_ROSE(Kyoto U.,

KEK)

PLANET (U. of Tokyo, JAEA)

NOBORU (JAEA)

iBIX (Ibaraki Pref.) 四季

（ JAEA, KEK, Tohoku U. ）

NOVA (NEDO, KEK ）

Muon U (KEK)

アマテラス (JAEA)

DNA

(JAEA)

Muon D1 (KEK, JAEA)

iMATERIA (Ibaraki

Pref.)

匠 (JAEA)

NOP (KEK)

中性子実験装置： 19 台ミュオン実験装置： 3 台

HRC

NOPNOBORU

ANNRI四季

iBIX

PLANET

SuperHRPDSPICA

DNA

NOVA

iMATERIA

アマテラス

SOFIA

匠

千手

大観写楽

共通ソフトウェア実験制御

機器制御

DAQ ミドルウェア

DAQ System

Device

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

統合インターフェースワーキングデスクトッ

プ

制御スクリプト

解析スクリプト

共通ソフトウェア可視化

2 次元 >3 次元

3 次元

API ライブラリストレージシス

テム

NeXus File メタデータ

ネットワークストレージ

共通インターフェースシミュレーション

シミュレーター

第 1 原理計算

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

遠隔解析

実験データ

XML/HTTPDAQ エレクトロニクス

機器制御器

ソフトウェアフレームワーク

“IROHA”

Python

外部機関

MLF ソフトウェアコンポーネント

機器制御ミドルウェア

DAQ SystemDAQ electronics

Device

UI デバイス管理 デバイス制御

WorkingDesktop

デバイス管理サーバー

DAQ ミドルウェア

運転制御スクリプト

7

IROHA を通した測定の流れ

Serverprocess

User made

Equipmentcontrollers

IROHA と制御ミドルウェア間の XML メッセージ （ 1 ）

制御ミドルウェア

URI : http://ContSv/Dev/ParamsHTTP POSTMINE : text/xmlParameter :<params>config.xml</params>

HTTP/1.1 <status>OK</status>

Working Desktop / IROHA

8

DAQ.params(“config.xml”)

IROHA と制御ミドルウェア間の XML メッセージ （ 2 ）

制御ミドルウェア

URI : http://ContSv/Dev/StatusHTTP GETMINE : text/xml

HTTP/1.1<status>OK</status><devStatus>Ready</devStatus>

Working Desktop/ IROHA

9

DAQ.status()

10

IROHA

データ収集システム

DAQ MiddlewareGatherer

DispatcherLogger

Monitor

DAQ Operator

SiTC

P

SiTC

P

SiTC

P

SiTC

P

SiTC

P

SiTC

P

SiTC

P

WebServer

デバイス管理 XML/HTTP

Begin

Configure

End

DAQStatus

WorkingDesktop

XML End

Status

Begin

Usermodule

Commonmodule

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

2008 年2010 年　 160 ㎜ ×60 ㎜

データ集積モジュール（ GATENET, TrigNET ）

• 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 （１００

MSPS ）• 4ch ADC （～ 1kHz ）• SiTCP interface

TrigNET

T0 IN

DIO1 　　　 2

3 　　　 4

5 　　　 6

7 　　　 8

FADC1 　　　 2

ADC3 　　　 4

5 　　　 6

13

データ集積モジュール（シンチ系）

(1) READOUT モジュール（ 256×256 ピクセル）(2) T0 分配モジュール(3) READOUT GATE モジュール(4) SiTCP モジュール

(1)(4)(2)

(3)

14

Time, Position

Time, Position

Time, Position

Time, Position

Time, Position

CPU DAQs

DeviceDetectors

DAQ electronics

イベントデータ収集システム

Time, Temperature etc.

Sample environment,Moderator, etc.

FS

CPU UI

NEU

TRO

NS

Analysis

イベントデータ収集の中性子散乱における実用例

d-spacing

Multi-Ei 測定＠四季（ BL01 ）

Loading f rame

Furnace

Sample Extensometer

Loading f rame

Furnace

Sample Extensometer

時分割測定＠匠（ BL19 ）

Temp change in time

構造変化 （ Brg index ）

過渡現象測定＠NOVA （ BL21 ）

低温相

高温相

time

/min

d-space / Å

Li11BD4

加速器が停止してもデータが汚染されない

GATENET

NEU

NET

NEU

NET

NEUN

ET

NEUN

ET

TOF トリガ

PulseID 装置時刻TOF トリガ

中性子イベント

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… )

NEUNET, GATENET, TrigNET を組み合わせたイベントデータ収集システム（案）

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

•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

TrigNET

Trg Clk

Trg Clk ExT

GATENET

TrigNET

Trg Clk

Trg Clk

Trg Clk

Trg ClkExT

40ms 40ms

ExT

Trg ClkNEUNET Trg Clk Trg ClkNeuNeuNeuNeuNeuNeu NeuNeuNeuNeuNeuNeu

データ収集システム開発体制

GEM

Developed by H.

Ohshita (KEK)

Scintillator

Developed by T. Hosoya (Ibaraki

Univ.)

3He-PSD

DAQ-Middleware coresupported by KEK electronics

groupOpenRTM-aistsupported by

AIST

BL20

BL02 BL08

BL12 BL14

BL01

BL21BL15

BL11 BL18

BL03 BL17

BL19

BL21BL09

BBT

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。