Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7179
Neuer Triggeralgorithmus der
Auger-Fluoreszenzteleskope und Validierung ihrer Ein-Elektron-Auflösung
Thomas Asch
Zusammenfassung
Das
Pierre-Auger-Observatorium untersucht Luftschauer der kosmischen Strahlung für
höchste Energien.Zum ersten Mal werden Cherenkov- und
Fluoreszenzlichtdetektoren kombiniert eingesetzt, um Primärteilchen mit
Energien > 1019eV zu detektieren.
Die Rohdatenrate der Ausleseelektronik der
Teleskope liegt bei knapp 9 Gigabyte pro Sekunde. Ein Triggersystem, das in
verschiedenen Stufen und Komplexitäten diese Datenrate systematisch reduziert
ohne dabei wichtige Ereignisdaten zu verwerfen, ist unabdingbar. Diese
Triggerstufen werden in Hardware oder Software realisiert. Ein neuer Ansatz für
den ersten Software-Trigger und seine Funktionsweise, unter Verwendung einer
bisher nicht genutzten Information der Ausleseelektronik, wurde entwickelt. Die
entstandene Triggerstufe ist effizienter und unterdrückt Wetterleuchten
deutlich besser als die derzeit benutzte Triggerstufe. Die Triggerrate zur
nachfolgenden Triggerstufe konnte damit gesenkt werden und entlastet das
DAQ-System.
Unterschiedliche und regelmäßig
durchgeführte Kalibrationsmethoden sind in einem Experiment unerlässlich. Die
Ergebnisse verschiedener Kalibrationsmethoden müssen zueinander konsistent
sein. Die bisher nur aus Monte-Carlo-Simulationen bekannte und konstante
Gerätegröße, die Ein-Elektron-Auflösung der Photomultiplierröhren, spielt
hierbei eine zentrale Rolle. Die experimentelle Validierung dieser Größe durch
eine direkte Messung und ihre Bedeutung werden diskutiert. Die Messung konnte
mit wenigen Änderungen im Messaufbau durchgeführt werden. Das Ergebnis für die
Ein-Elektron-Auflösung ist innerhalb ihres geringen relativen Fehlers von 4 %
mit dem aus Monte-Carlo-Simulationen bekannten Faktor gut verträglich. Der
geringe statistische Messfehler deutet auf eine geringe Herstellertoleranz hin,
so dass die Ein-Elektron-Auflösung für den verwendeten Typ von
Photomultiplierröhre als konstant angesehen werden kann.
New Triggeralgorithm of the Auger Fluorescence Telescopes and
Validation of their Single Electron Resolution
Abstract
The Pierre Auger Observatory analyses air shower events of
ultra high energy cosmic rays. For the first time the two detector techniques
to measure Cherenkov and fluorescence light have been combined to detect
primary particle with energies > 1019eV.
The raw data rate, as measured by the telescope's electronics, is in the
order of 9 Gigabyte per second. A multi level trigger system, which reduces the
data systematically in several levels and complexities without rejecting
important shower events, is necessary. The different trigger levels are
realised in hardware as well as in software. A new ansatz for the first
software trigger and its functionality is developed and discussed. The trigger
is based on the so far not used information of the readout electronics. The
resulting trigger level is more efficient and rejects sheet lightning better
compared with present trigger level. Thus, the trigger rate to the next trigger
level is decreased and the DAQ system is released.
Different calibration methods, which are made regularly, are essential for
an experiment. The results of different calibration methods have to be
consistent to each other. The single electron resolution of the photomultiplier
tubes play an important role in this context. The single electron resolution is
a geometry and material depend factor and up to now only known from Monte Carlo
simulations. The experimental validation through direct measurement and the
importance of the single electron resolution are discussed. The measurement was
possible with small modifications of the configuration. The result of the
single electron resolution is within its error in good agreement with the one
known from Monte Carlo simulations. The low statistical error of 4 % shows a
low manufacturing tolerance, so that we can assume the resolution to be
constant for the type of photomultiplier tubes used.
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