Mögliche Abschlussarbeiten
CMS Detektor-Entwicklung für den Betrieb am HL-LHC
Grid-Computing beim CMS-Experiment
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CMS Detektor-Entwicklung für den Betrieb am HL-LHC
Für den Betrieb des CMS-Experiments am geplanten High Luminosity-LHC wird der Silizium-Spurdetektor des CMS-Detektors erneuert. Die Arbeiten für dieses Upgrade im Jahr 2025 laufen bereits jetzt auf Hochtouren und Sie können mitmachen. Zusammen mit dem 1. Physikalischen Institut B (Arbeitsgruppe Prof. Feld) arbeiten wir an sogenannten 2S-Detektormodulen, deren sensitiver Bereich zwei Siliziumstreifensensoren sind, die in einem Abstand von 1,8 mm bzw. 4,0 mm auf Aluminium-Kohlefaserbrücken voneinander getrennt angebracht sind. Erste Prototypen wurden in den letzten Jahren in Aachen gebaut und im Labor in geeigneten Testumgebungen und in Teststrahl-Experimenten getestet (Abbildung).
Die Signale müssen von den Streifensensoren (gelb, Zeichnung des 2S-Moduls unten) an die jeweils acht CBC-Chips (schwarz) gebracht werden. Dazu müssen jeweils 127 Streifen pro Seite an die CBC-Chips gebondet werden (grau). Die Daten werden an den sogenannten Concentrator und Controller ASIC (CIC) geschickt. Dieser Chip verpackt die CBC-Daten, verhindert Pufferüberläufe und hält das Modul synchron mit der LHC-Taktung, während die Daten an die optischen Transceiver auf den sogenannten Service-Hybriden (Zusatzplatine vorne) vor der optischen Übertragung weitergeleitet werden.
Bilder
2S Modul
Ein funktionaler Prototyp eines 2S-Moduls, gebaut in Aachen.
Themenvorschläge (Bachelor und Master)
Alle Bachelor-Themen (B) können in Zweier-Teams bearbeitet werden. Master-Themen (M) sind Themen für eine Person. Bei Fragen stehe ich gerne zur Verfügung.
A) Modulbau (B/M)
Im Modulbau kommen an verschiedenen Stellen Kleberoboter zum Einsatz:
- Zum Aufbringen von HV-isolierenden Kaptonstreifen zwischen den Aluminium-Kohlefaserbrücken und den Silizium-Sensoren.
- Zum Aufbringen des Klebers zwischen den Elektronik-Hybriden und den Aluminium-Kohlefaserbrücken.
- Zum Enkapsulieren von Drahtbondverbindungen zwischen der Elektronik und den Silizium-Sensoren (graue Bereiche in der Abbildung oben).
Für die verschiedenen Aufgaben kommen drei unterschiedliche Kleber (Sylgard 186® zum Enkapsulieren der Drahtbonds, Polytec EP601LV® zum Kaptonstreifen-Kleben, Polytec TC437® zum Hybride- und Silizium-Sensor-Kleben) mit speziellen Eigenschaften zum Einsatz.
Die verwendeten Klebermengen müssen dabei sehr genau bekannt sein um genau definierte Klebeschichten, bzw. eine sichere Enkapsulierungen zu gewährleisten. In einer Abschlussarbeit können zwei unterschiedliche Kleberoboter gegeneinander kalibriert werden. Für einen Kleberoboter kann auf die Ergebnisse einer Masterarbeit zurückgegriffen werden. Ziel der Arbeit sind Mengen-Zeit Profile bei sich zeitlich ändernder Viskosität der Kleber, um die Prozesse zu kalibrieren und eine Referenz für die anstehende Massenproduktion von 1000 Detektor-Modulen zu haben.
B) Optimierung der Multi Module Cold Box (MMCB) (B/M)
Für die finalen Tests der finalen Detektormodule im Kalten wird die Multi Module Cold Box weiterentwickelt und optimiert werden. In der Box sollen Langzeittest mit Quellen und kosmischen Myonen durchgeführt und die Ausleseprozeduren und Datenanalyse zur finalen Qualifikation der gebauten 2S-Module optimiert werden.
Erfolgreiche Abschussarbeiten aus den letzten Jahren.
Abschlussarbeiten in der Arbeitsgruppe von Prof. Feld.
Grid-Computing beim CMS-Experiment
Das CMS-Experiment liefert jährlich mehrere Petabyte an Mess- und Simulationsdaten, die mittels Grid-Computing im Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) verarbeitet werden. Das WLCG besteht aus rund 150 Rechenzentren mit insgesamt mehr als 460.000 Prozessorkernen und mehr als 254.000 Terabyte Festplattenspeicher, die weltumspannend über das Internet miteinander vernetzt sind. Innerhalb des WLCGs können Physiker auf die Messdaten des CMS-Experiments zugreifen und sie auswerten.
Das III. Physikalische Institut betreibt einen großen Computer-Cluster mit mehr als 5.600 Prozessorkernen und über 3.900 Terabyte Festplattenspeicher. Diese Ressourcen sind Teil des WLCGs.
Eine Übersicht über die Arbeiten, die wir anbieten, finden Sie im hier verlinkten Dokument.
Kontakt: Andreas Nowack