A bottleneck-free data acquisition system for particle measurements

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K04005
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 五十嵐 洋一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (50311121)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 智則 国立研究開発法人理化学研究所, 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 協力研究員 (80612134)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: DAQ / データ収集 / 粒子線計測

Outline of Annual Research Achievements

本年度においては実用に向けてシステムの改良を進め完成度を高めるとともに、実際の物理実験のデータの取得を行うことを目標に研究開発を進めた。
まず、J-PARC ハドロンホール K1.8 BR ビームラインに置かれた J-PARC E50 実験のための検出器群に対しストリーミングデータ収集を適用しデータ収集を行った。この試みによりシステムの問題の洗い出しおよび解決と共にソフトウェアトリガープロセスの汎用化を行った。
次に昨年度の研究成果である大阪大学核物理センターのスペクトロメータGrand Raidenの焦点面検出器の読み出しを発展させる形で実際の原子核実験を行うシステムの開発を行った。ソフトウェアスケーラーの導入やプリスケールされたアンバイアスデータの記録、そしてオンラインモニタ、など通常の処理から枝分かれするようなある程度複雑な構成のデータ収集システムを開発し実験データの収集をおこなった。データ収集は成功し、今までの約40倍の速度でデータを取得することが出来た。
機能的にはストリーミングデータ収集システムのソフトウェアは初段の読み出し部においてタイムフレーム番号をイベント番号と見立てることにより、トリガー型データ収集にも適用可能である。トリガー型読み出し機器が稼働している J-PARC E21 COMET 実験で用いられる円筒型ドリフトチェンバー検出器に対しストリーミングデータ収集ソフトウェアの適用を試みた。機器読み出しプログラムの開発を行い、タイムフレーム番号の代わりにイベント番号を使用することで、特に問題なく高速にデータ収集出来ることを確かめることが出来た。
これらの実績により本研究の目的である、複数の計算機上の分散処理によるストリーム型データ収集システムの開発およびソフトウェアによるイベント分別処理の実現と粒子線計測において適用可能であることを示すことが出来た。

Research Products

• [Journal Article] Construction of gas electron multiplier tracker for the J-PARC E16 experiment (2024)
  • Author(s): Murakami T.N.、Aoki K.、Ashikaga S.、En’yo H.、Gunji T.、Hamagaki H.、Ichikawa M.、Kanno K.、Kobayashi S.、Komatsu Y.、Kondo T.K.、Morino Y.、Murakami H.、Muto R.、Nakai W.、Nakasuga S.、Naruki M.、Obara Y.、Ozawa K.、Sekimoto M.、Shibukawa T.、Shigaki K.、Suzuki K.N.、Takagi A.、Takahashi T.N. et al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1058 Pages: 168817～168817
  • DOI: 10.1016/j.nima.2023.168817
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Streaming DAQ Software Prototype at the J-PARC Hadron Experimental Facility (2023)
  • Author(s): Takahashi Tomonori、Honda Ryotaro、Igarashi Youichi、Sendai Hiroshi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Nuclear Science Volume: 70 Pages: 922～927
  • DOI: 10.1109/TNS.2023.3262061
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New determination of the branching ratio of the structure dependent radiative K+→e+νγ (2023)
  • Author(s): Kobayashi A.、Ito H.、Bianchin S.、Cao T.、Djalali C.、Dongwi D.H.、Gautam T.、Gill D.、Hasinoff M.D.、Horie K.、Igarashi Y.、Imazato J.、Kalantarians N.、Kawai H.、Kimura S.、Kodama S.、Kohl M.、Lu H.、Mineev O.、Monaghan P.、Shimizu S.、Tabata M.、Tanuma R.、Toyoda A.、Yamazaki H.、Yershov N.
  • Journal Title: Physics Letters B Volume: 843 Pages: 138020～138020
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2023.138020
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Commissioning of a hadron blind detector for dielectron measurement in pA reactions at J-PARC (2023)
  • Author(s): Kanno K.、Aoki K.、Arimizu D.、Ashikaga S.、Ebata K.、Honda R.、Ichikawa M.、Kajikawa S.、Kimura Y.、Kondo T.K.、Kyan S.、Morino Y.、Murakami H.、Murakami T.N.、Nakai W.、Nakasuga S.、Naruki M.、Nonaka T.、Noumi H.、Ogata N.、Ozawa K.、Sako H.、Sato S.、Sekimoto M.、Shirotori K.、Takahashi T.N. et al.
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 18 Pages: C06021～C06021
  • DOI: 10.1088/1748-0221/18/06/C06021
• [Presentation] A DAQ software framework for SRO (2023)
  • Author(s): Y. IGARASHI
  • Organizer: Streaming readout Workshop SRO-XI
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 連続読み出しデータ収集のためのFPGA TDCを用いたsingle-slope ADCの研究 (2023)
  • Author(s): 高橋智則, 味村周平, 五十嵐洋一, 大田晋輔, 小林信之, 本多良太郎, 柳善永
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] RCNP グランドライデンでの連続読み出しDAQ のオンラインフィルタ開発 (2023)
  • Author(s): 古川史也, 大田晋輔, 小林信之, RYU SUN YOUNG, 白鳥昂太郎, 本多良太郎, 五十嵐洋一, 馬場秀忠, 郡司卓, 堀田智明, 宮部学, 野海博之, 堂園昌伯, J.Cai, 川田敬太, 遠藤史隆, 柴北洋明, C.Lin, 高橋智則, 庄子正剛, 池野正弘
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] J-PARCにおけるチャームバリオン分光実験のための検出器・DAQテストベンチの構築 (2023)
  • Author(s): 白鳥昂太郎, 五十嵐洋一, 石川貴嗣, 宇田隆佑, 大田晋輔, 小林信之, 佐久間史典, 鈴木翔太, Lin Che-Sheng, 戸田匡哉, 冨田夏希, 野海博之, 橋本直F 林双葉, 本多良太郎, 宮本憲伸, 柳善永, 他J-PARC E50コラボレーション
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会