倫倫的小blog

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：

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！！