這是我第一次參與實驗,簡單的說,就是個對儀器完全都不懂的菜鳥。

以下是菜鳥驚魂記:

 


(簡單的motivation說明)

 

實驗的概念倒是滿簡單的,

我們想研究的對象是55Cu (意思就是有29個質子,26的中子的銅原子核)

55Cu,是個不穩定的原子核,很快就beta decay掉了,

 

前人的實驗測出的mean lifttime=0.03sec

不過是個很不精確的measurement,

所以我們的group這次實驗其中之一的任務

就是把55Cu的mean lifttime更仔細的測量。

 

另外就是研究beta decay後的產物--55Ni (意思就是有28個質子,27的中子的鎳原子核)

為什麼要研究55Ni呢,這就要說道56Ni了,

56Ni是個很奇怪的原子核,

他的質子與中子把f, d shell都佔滿了,但卻是unstable的原子核,大家還在研究中,

更引人注意的是supernova explosion噴出了一大堆的56Ni.

 

 

 


 

(簡單的實驗過程說明)

我們把Kr原子核加速到很快,去撞某個東西(通常是Be),

然後Kr原子核就會被打碎,其中有些碎片會是55Cu原子核.

 

我們得先把55Cu原子核挑出來,

然後讓他去撞我們的detector。

然後,收集資料,分析。

 

....看起來很簡單對吧~

 


 

 

NSCL( National Superconducting Cyclotron Laboratory )是Nuclear physics的聖地。

下面poster就是NSCL的加速器,也要是要用來加速Kr的accelerator.

看起來很像渦旋鳴人的螺旋丸..

 

下面這張poster就是我們要用的detector

 

放大圖:

 

突然注意到,這張海報中有我們的group的paper~

再仔細一看,好多都來自FSU的。

 

 


登場人物:

MSU組:

Niki,跟我一樣都是剛結束博士班第一年的學生。

他是Prof. Shawn的studnet, 而shawn是gamma group中負責儀器的人,

所以Niki得來setup equipment.

 

 

Chris,剛進MSU的graduate student, 還沒上過任何課。

不過在大學時代有作過類似的nuclear physics experiment.                                  


 

U of Notre Dame 組:

右邊的是Mallory, 也是剛結束Ph.D. 第一年,她5/16就到NSCL了,

所以算較"資深"的成員。

 

左邊的是Tony,二年級生,跟Mallory是同一個advisor,

跟我一樣6/13 才到NSCL。

 

Mallory 與 Tony的實驗跟我們不同,

他們研究的對象是86~88Ar(砷),

他們的實驗在我們實驗之前,

不過與我們實驗setup絕大部分是一樣的,

所以我們一起來組裝儀器。


 

FSU 組: 

我還有我的學長Justin,

Justin是二年級生,雖然如此才23歲,比我還年輕。

 


 

Day 1: 剛來到時,detector是長成這付模樣的。

雖然現在一堆cable看起來很複雜了,不過之後還會更複雜。

目前指有半邊被組起來,

 

你看到淡綠色一罐一罐的是Germanium detector,也叫做SeGA

是用來測量beta decay接著而來所放出的gamma ray.

其實detector很小,那個淡綠色罐只是附屬的冷卻系統,讓Ge detector冷卻的。

 

 

 

另外的detector在target chamber中,要很小心的拔出來

 

拔出來後,stack長成這付模樣,裡面都是很貴的東東。

 

下面這張圖是SSSD,叫做single sided stripe detector,

你仔細看的話,detector上面有一條一條的線,

這個線的作用可以讓我們知道原子核implant到哪個位置。

 

下面這張圖是DSSD:doulbe sided stripe detector,

非常非常貴,SSSD只有x軸,DSSD同時有x與y軸。

 

 

我們所在的地方叫做S2 Vault

基本上,是個很冷很吵的地方,因為要避免儀器過熱,得控制溫度,

裡面有台非常大台的冷氣壓縮機,溫度大約在65F,

重點是,它非常非常的吵,嗡嗡轟轟的,講話得要用吼的或靠很近才聽的清楚,

而且我們一待至少就是8~10小時,耳朵會很不舒服,

英文聽得很吃力>"<

 

 


 

 

 

Day 2:

早上整個crew開會,教授把整個to-do list說明給我們聽,

我聽不太懂,因為我還對儀器很陌生,哪條線要插哪裡什麼的搞得我昏頭。

所以我主要是follow比較有經驗的Niki and Justin,當他們的學徒。

 

Mallory 與 Tony去搞定patch signal,這部份好像只有他們兩人會作。

Niki, Justin and me的進度是

把vacum pump關掉,

把cable線拔掉,

把target chamber打開,拿出detector stack,

把beta source裝上,

把cable線裝回去,

抽真空,

把SSSD加上偏壓,

run program測試SSSD能不能讀到數據,

並作calibration,像是設定baseline, DC offset, threshold等等..

 

有些步驟要處理很久,會搞瘋人的,

像是等待抽真空最快30幾分鐘。

 

beta source處理完,

還有alpha source 與 gamma source,都要作同樣的動作。

 

 

SSSD有四組,SSSD1, SSSD2, SSSD3, SSSD3,

DSSD只有一組,

Ge detector有16組,

全部都要作calibration。

 

 

你看每次換source都要把這些cable先拔起來,搞定source後,再把cable裝回去。

 

 

 

圖示:SSSD的PreAmplifier

因為detector收到的signal很弱,得先放大才行。

每個PreAmp有分high gain與 low gain, 有16 channels.

由下到上的順序分別是,SSSD1, SSSD2, SSSD3, SSSD4,

 

 

 

cable的另外一端是連接到個藍色的櫃子上,

他們把每個cell稱為crate,而crate中的小格子叫slot

還有叫module的,是給電腦的編號,slot與moudule的關係為:

slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
module   0 1 2 3 4 5 6 7 8
    SSSD1_H SSSD2_H SSSD3_H SSSD4_H SSSD1_L SSSD1_L SSSD2_L SSSD3_L SSSD4_L

 

 

 

module上的線對應者channel,目前看到的是由DSSD 的PreAmp連接出來的cable,

紅色的tag表示DSSD_Front, 橘色的tag表示DSSD_Back

連接到module之後,就可以連接到電腦,把資料傳輸到其上了。

 

 

 

下面發藍光的就是我們的收集資料的server(Ubuntu system),

目前開機的server有,ddasdaq1, ddasdaq3 and ddasdaq4.

 

 

 


 

 

Day 3

這天主要的工作是安裝另外八隻Germanium detector,固定冷卻系統的cable.

外加作一些calibration.

 

這是剛來時的模樣,只有一半安裝,這樣我們比較方便處理cable.

 

 

 

圖示:Germanium detector安裝中,必須由專人處理。

 

 

圖示:安裝完成的樣子

其中的黃色粗粗的cable是用來輸入液態氮給Germanium detector冷卻的。

這邊有自動filling的system,

當filling system偵測到Germanium detector溫度提高,就會輸送lique nitrogen.

而我們還得用童軍繩把這些黃色粗cable給固定,這部份也是非常費工。

長得很像八爪章魚對吧。

 

 

 

圖示:Germanium detector的information

example:

Det. 10 是detector No.4,

他的power 是由No.4 power supply 供給的,

需要有4000V的偏壓。

 

 

 

 

下圖是Germanium detector的power supply, 用來供給偏壓的。

Germanium detector其實就是個有逆向偏壓的diode,

當有gamma ray打進Ge detector,會knock off electron而產生current,

這時候我們就知道有gamma ray了。

加偏壓是很費時間的,因為我們不能一次給Ge detector太多偏壓,

必須觀察leaking current是否太大與否。

16隻Ge detector要費6小時,才能完全設定完,

 

 

SSSD 與 DSSD 的power supply.

他們的偏壓比較小,150~230 volt,大概5分鐘就可以搞定了。

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

Day 4

早上九點半,突然斷電了(power failure)!

囧rz...俱傳聞是跟有工人在welding的關係

這下可慘了,大夥趕快把所有的電源關閉,把偏壓關掉。

斷了10分鐘,

幸好時間夠久讓我們能把電源全部關掉,

不然若detector一次偏壓從0 volt 到4000 volt,可能會壞掉的。

另外vaccum pump也幸好還能work.

 

斷電後,產生了很多問題。

DSSD 有許多module的channel,電腦讀不到信號,

但是示波器(oscilloscope)可以收到signal,而有些singal長得很奇怪。

 

圖示:高檔的彩色示波器。

 

大家就開始找到底是哪裡出了問題,

是power supply的問題??還是cable的問題??PreAmp的問題??detector的問題??

畢竟突然斷電會有什麼影響,誰也不知道。

 

幸好最後只是cable沒插好,還有個power supply出了點問題,

換了個新的就好了,不是detector出問題就ok。

不過...光是figure out這問題,就已經到下午兩點多了。

 

 

我們分成兩組,

Justin, Niki and Tony去測試DSSD是否仍work well.

Mallory, Christ and me 則去弄Ge detector 的偏壓again...

弄偏壓麻煩的點在於,你得把個limo cable從示波器連接到Ge detector,

而整個空間非常小,身體要彎來彎去,手要伸來伸去,梯子要搬來搬去..很累。

每個detector又只能慢慢加,這個加到500 volt之後,拔線,換插另外一個detector..

而我們的目標是4000~4400 volt左右

 

另外一組不太順利,

他們在換個source後,(從alpha 換成 beta source)

發現vaccum 最低只能抽到4 torr而已,

跟我們需要的4E-6 torr差非常大,

這肯定是那裡有leakage!

於是重新鎖螺絲

噴了酒精把內部外部擦一擦...

整整弄了三次,

但vacuum還是doesn't work well...

崩潰!

已經晚上快九點了,大夥決定先去吃個晚餐,吃飽再來想想辦法。

 

晚上10點半,

Justin, Chris , Mallory and me 再次回到S2 Vault.

這時候發現professor 正在設定detector,

他想要取得SSSD3, SSSD4 的alpha source的資料,

不過,vacuum意外好了,professor說他也沒動什麼,只是再安裝一次。

囧,於是我跟Justin在11點半的時候就離開了。

 

Chris 與 Mallory則自願留下來把Ge detector的偏壓弄好,

他們2:30左右才離開。

 

 

 

 

 


 

 

Day 5

這天進度趨近於0,因為電腦一直crash, 一直crash

 

我跟Justin在8點40左右回到了S2 vault.

這時出現的毛病是:我們發現軟體讀出來的noise非常奇怪,

有時候會出現noise,有時候則沒有,

因為這種unstable 的noise,我們不能利用設定baseline or threshold來kill noise。

 

 

但另外一方面,

在示波器顯示中,我們卻發現noise level很低。

這表示detector那方是正常的。

大夥推測,可能與有工人在welding有關也說不定...

總之,我們卡在這邊,也不知道怎麼辦,

不知不覺又要到中要吃飯的時間了。

 

Niki的department有lunch meeting,所以在11點就先離開了。

我們則留下來再run一次,看看會不會就好了。

結果還是失敗,

11點半我們就去Owen Hall吃中餐了。

 

 

回來之後,

Niki的major professor, Shawn, 也從lunch meeting回來了,

在教授的操作下,弄了弄,弄了弄,軟體終於能跑了。

 

但是,仍然有瞬間很高的noise,這會使得電腦接受太多資訊,10分鐘不到,軟體就掛了。

在Linux系統下要結束程式並不是按個X就好了,

另外,我們需要同時開很多個程式,(像是Readout, Eventbuilder,spectcl..),連上3的server,我們就一直這樣循環:開軟體,關軟體...

 

 

因為電腦只有一台,然後大部分的時間又只能等待,

所以大家只好在那邊聊天..

 

 

 

我學長Justin已經等待到快瘋掉了,因為實在太無聊,加上近日壓力過大...所以變得很幼稚

Justin and Tony在玩Niki的長頭髮,還有用童軍繩作Eiffel Tower。

 

 

Chris and Mallory無奈的盯著螢幕,希望program不要crash

 

 

就這樣...結束了我第一次experiment setup

工作並沒有完成,剩下來的工作得保佑Tony, Mallory, Niki, and Chris能解決

Tony與Mallory實驗的beam time是在6/28,

也就是只剩10天。

希望實驗能成功


 

 

雖然只是想知道mean lifetime與 gamma decay的energy level,

卻比想像中困難許多!!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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