project BOL 1964-1977 Bolvormige detector met 64 silicium detectietelescopen rondom het target voor de studie van kernreacties Historisch overzicht René van Dantzig 2017-07-04
BOL-detector in opbouw 2
Inhoud 0. Introductie van BOL 1. Het IKO synchrocyclotron 2. Achtergrond en doel van BOL 3. Mechanische constructie 4. Silicium detectoren 5. Elektronica 6. On-line computers 7. Programmering en gegevensanalyse 8. Meetresutaten en publicaties 9. Ontmanteling (2002) 10. Overdracht aan wetenschapsmuseum en Cern (2016) 11. Internationaal vervolg van detectorontwikkelingen 3
van BOL 4
BOL werd gebouwd in het Instituut voor Kernphysisch Onderzoek (IKO), opgericht in Amsterdam in 1946. Het IKO was voorloper van Nikhef, opgericht in 1975. Het BOL-project werd geïnitieerd in het IKO rond 1964 door Leo A. Ch. Koerts, de instigator zowel als coördinator; hij was de ultieme stuwende kracht van dit project. Het BOL-project zou leiden tot het eerste bolvormige multidetectorsysteem in de kernfysica dat vrijwel het hele hoekgebied (~4π) bestreek en dat bovendien gebaseerd was op silicium halfgeleiderdetectoren. BOL gaf aanleiding tot een reeks innovatieve ontwikkelingen, die hier verderop ook aan bod komen. 5
BOL omvatte een aantal speciale voorzieningen: Een externe bundel elektrisch geladen kerndeeltjes afkomstig uit het cyclotron, nadat deze daarin versneld zijn; Een target (trefplaatje) waarin kernbotsingen optreden; Drie bolschillen (binnen-, vacuüm-, buitenschil); 64 raketvormige detectie-eenheden ( poten ) rondom het target met siliciumdetectoren om deeltjes te traceren, die voortkomen uit een kernbotsing. Deze waren voorzien van elektronica voor het bewerken van de detectorsignalen; Een coïncidentie-eenheid die meervoudige detectiegebeurtenissen ( events ) herkent; 6
Voorts: Twee grote elektronica printplaten ( printen ) voor iedere poot, dus 128 printen, radiaal opgesteld in een dubbele ton, allen bereikbaar op korte gelijke afstand, dus timing, vanuit de coincidentie-eenheid; Twee on-line gekoppelde PDP-8 mini-computers voor besturing, verzameling en weergave van meetgegevens; Een on-line EL-X8 centrale computer voor on-line en off-line gegevensanalyse, gekoppeld aan de PDP-8 s; Opslag van meetgegevens op magneetband. Ieder gedetecteerd deeltje was gecodeerd in een binair woord van 72 bits. Een 3 bits code daarin markeerde een coincidentie van twee of meer deeltjes. 7
BOL-detector Schema van het BOL-systeem Synchro-cyclotron Totaal 13 km aan kabels 64 detectie-eenheden met elektronica (poten) Dubbele ton met logica en elektronicaprintplaten voor digitalisatie BOL besturing Dataopslag op magneetband cyclotron control Gegevensverzameling on-line computernetwerk EL-X8 computer 8
BOLdetector met bijna alle poten en hun bekabeling 9
Overzicht van het BOLsysteem 1 2 1. Bol-detector 2. Elektronicaprintplaten in dubbele ton 3. Bedieningspaneel voor de afregeling van de pootelektronica 4. On-line minicomputer (PDP-8) 5. Controlekamer van het cyclotron 6. EL-X8 console 7. Magneetbandeenheden 8. Regeldrukker 9. Papierbandlezer. 1 2 5 4 3 7 6 9 8 1
en de later ontwikkelde externe deeltjesbundel 11
Een cyclotron is een circulaire versneller van elektrisch geladen deeltjes, die rondlopen in het sterke magneetveld van een elektromagneet, terwijl ze worden versneld door een hoogfrequent elektromagnetisch veld. Er waren voorbereidingen voor een Nederlands cyclotron voor en tijdens WO-II. Na de oorlog werd een vernieuwd cyclotronontwerp gemaakt. Voor de realisatie werd in 1946 het IKO opgericht door de stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), de Gemeente Amsterdam en N.V. Philips. Het gemoderniseerde ontwerp betrof een synchrocyclotron, waarbij de deeltjes worden versneld in plukjes, terwijl de versnelfrequentie iets gevarieerd (gemoduleerd) wordt. Hierdoor kon een hogere energie worden bereikt dan oorspronkelijk voorzien. Het Philips-IKO cyclotron was het eerste in Europa. Het werd operationeel in 1949 en het verschafte Philips nodige inzichten voor ontwikkeling van nieuwe cyclotronconcepten. 12
Het IKO cyclotron werd gebouwd in een voormalige gasfabriek aan de Oosterringdijk in Amsterdam Circa 1948 Het cyclotron in opbouw, Met ontwerpers F.A. Heyn (r) and C.J. Bakker (l). (Bakker werd later Algemeen Directeur bij de Europese Organisatie voor Kernonderzoek (CERN) van 1955 tot 1960. In 1957 leverde Philips aldaar een nieuw ontworpen synchrocyclotron af, het SC ) 13
IKO synchro-cyclotron maquette (1949) 1 2 5 6 7 2 4 3 1. Magneetjuk 2. Magneetspoelen 3. Vacuümdoos waarin deeltjes rondcirkelen en worden versneld 4. vacuümpompen 5. Hoog frequent systeem voor het versnellingsveld 6. Modulator voor periodieke frequentievariatie 7. Schuifarm voor het maken van radioactieve bronnen door bestraling in de interne bundel. 14
In een cyclotron, worden de deeltjes versneld in steeds grotere cirkelbanen; ze zijn gevangen binnen het sterke magneetveld. In de vijftiger jaren kwam de wens naar voren tot het bestuderen van kernreacties met het IKO-cyclotron. Daartoe moesten de deeltjes worden geëxtraheerd, dat wil zeggen buiten het cyclotron worden gebracht. Dit lukte Leo Koerts en zijn team in 1958. Dat maakte het mogelijk een kernreactiemeetprogramma op te zetten met bundels van protonen, deuteronen, alfadeeltjes (helium-4- kernen) en helium-3- kernen. Leo Koerts 15
Hoe werd de extractie gerealiseerd? Aan de rand van het cyclotron werd een magneetveldverstoring aangebracht. Daardoor volgden de deeltjes aan het eind van de versnellingsfase cirkelbanen, die successievelijk iets werden vervormd en verplaatst. De deeltjes konden dan ontsnappen. Van de uitwaaierende bundel geëxtraheerde deeltjes werd een dunne bijna parallelle bundel verkregen door opto-magnetische elementen (dipool- en quadrupoolmagneten) en diafragma s. Vanaf 1963 kon de externe bundel met verhoogde intensiteit worden gestuurd naar verschillende experimentele opstellingen. Bundelextractiesysteem 1963 Fluorescerend scherm: het licht toont aan dat er deeltjes zijn ontsnapt uit het magneetveld 161
4 2 3 3 1 5 2 3 2 Maquette (1967) van het cyclotron met het externe bundelsysteem dat twee experimentele hallen bestrijkt, voor straling afgeschermd door betonnen wanden: de hal rechts voor kortlopende experimenten en de hal links met de BOL-detector 3 1. Cyclotron met HFapparatuur 2. Dipool (buig) magneten 3. Quadrupool (focusseer) magneten 4. BOL-detector 5. Dubbele ton voor 2 x 64 elektronicaborden 17
Waarom dit concept? 18
Wanneer de externe bundel gericht is op een target (bijvoorbeeld een dun folie), treden er botsingen op tussen bundeldeeltjes en targetkernen. Na de botsing vliegen er kerndeeltjes (neutraal of elektrisch geladen) weg vanuit het botsingspunt in allerlei richtingen. Waneer een elektrisch geladen deeltje een siliciumdetector doorkruist wordt een elektrisch signaal ter bewerking doorgegeven naar de aangekoppelde elektronica. Aanvankelijk kon in kernreactiestudies alleen een enkel deeltje afkomstig van een kernbotsing worden gedetecteerd. Voor het meten van een hoekverdeling, d.w.z. hoeveel deeltjes van een bepaald type uit een botsing voortkomen als functie van de verstrooiingshoek (θ), was het voldoende een enkele detector achtereenvolgens op te stellen bij verschillende hoeken rondom het target. 19
Rond 1962 gaf de theorie van kernbotsingen samen met verscheidene experimenten aan dat een veel beter begrip van kernbotsingsprocessen kon worden verkregen door ten minste twee deeltjes afkomstig van dezelfde botsing, bij verschillende verstrooiïngshoeken, gelijktijdig te detecteren ( coïncidente detectie ). Leo Koerts en zijn medewerkers bij het IKO begrepen snel dat coïncidentiemetingen efficienter konden worden uitgevoerd naar mate meer detectoren zijn geplaatst rondom het target. Conclusie: zo veel mogelijk detectoren! Dan kunnen voor een groot aantal combinaties van verstrooiingshoeken metingen tezamen worden uitgevoerd, waardoor de meetefficientie en de systematische nauwkeurigheid sterk verhoogd worden. Dit alles monde in 1964 uit in de start van het BOL-project onder leiding van Leo Koerts en met technisch-fysische coördinatie door Karel Mulder (mechanica), Jona Oberski (elektronica) en René van Dantzig (detectoren en software). 20
21
Het begin Gesmolten messing, klaar om te worden gegoten in een halvebolgietvorm. Twee halve bollen waren nodig voor het vormen van de binnenbol, het centrale hart van BOL, waarin later detectortelescopen met hun elektronica (poten) zouden worden gepositioneerd en gekoeld met vloeibaar stikstof. 22
Bewerking van de messing halve binnen- bollen 1 Roel van Doornik 2 1.+2. Aan de draaibank 3. Kotterbeitel voor het boren van de getrapt taps toelopende gaten voor de poten met detectortelescopen met 20 µm precisie (!) ten opzichte van de ontwerpposities (θ ι, φ ι ). 4. Dit werd gepresteerd door Nico Hoetmer. Nico Hoetmer 3 4 23
Binnenbol, het hart (1 st shield) Beide halve binnenbollen Binnenbol met koelspiralen met binnenring gemonteerd in buitenring 24
2 e schild (vacuüm) Assemblage 2 e schild 1 e schiid (detectorkoeling TB ) 2 e 3 e schild (rood)) (luchtkoeling elektronica) JT TB PD 3 e 1 e PD = Piet Daalmeier JT = Jan Touw TB =Theo Bijvoets 2 e 25
Vacuüm- bol (2e schild) voltooid In voorbereiding voor vacuümtest 26
Compleet skelet met alle drie schilden klaar voor montage van de detectiepoten. Het derde schild dient voor luchtkoeling (via de slangen) van de detectie-elektronica in de poten. De horizontale as (zie pijl) met buitenring draagt de drie BOL-schilden. NB Het ontwerp- en tekenwerk van de BOL-mechanica was gedaan door J. H.M. Bijleveld en zijn team, de realisatie door IKO s mechanische werkplaats o.l.v. H. J. M. Akkerman. 27
WS = Wim Schentler MD = Martin Doets JL = Jan Langedijk JT = Jan Touw ChB = Chiel Bron GB = Gerard Bosman JvL =Joop van Lunteren GG = Gerard Gerritsen PD = Piet Daalmeijer GK = Gerrit Koopman PS = Piet Schreuder NH = Nico Hoetmer RvD = Roel van Doornik WS MD JL JT ChB GB GG JvL PD GK NH PS RvD Een aantal mechanische technici betrokken bij het BOL-project 28
ontwikkeld door Philips en IKO 29
Deeltjesdetectoren In 1964 waren silicium halfgeleiderdetectoren de nieuwste en meest veelbelovende soort detectoren voor geladen deeltjes. In nauwe samenwerking met het BOL-team ontwikkelde de groep Stralingsdetectie van het Philips NatLab, ondergebracht bij het IKO, speciale detectoren voor het BOL project. Assortiment aan detectoren van NV Philips 1967 30
Iedere poot van BOL kreeg een telescoop met twee soorten silicium halfgeleiderdetectoren 1. Een dikke E-detector, enkele met lithium doortrokken PIN cellen achter elkaar. Een invallend deeltje wordt afgeremd en stopt in deze detector. De totale kinetische energy (E) van het deeltje wordt omgezet in een elektrische puls, het E-signaal, dat ter verwerking wordt overgedragen aan de pootelektronica. 2. Een dunne ΔE-detector, een silicium Damborddetector, die voor een passerend deeltje een ΔE-signaal evenredig met het energieverlies (ΔE) in de detector, doorgeeft aan de poot-elektronica, evenals enkele pulsen die de positie aangeven waar het deeltje gepasseerd is. Deze ΔE-detector is dus positiegevoelig. E ΔE Productie van PIN cells 31
Detectietelescoop Voorbeelden met twee en drie PIN-cellen PIN cellen Checkerboard detector Damborddetector 32
De damborddetector mirror is een 0.3 mm dikke positiegevoelige silicium oppervlaktebarrière-detector. De detector heeft een dun goudlaagcontact verdeeld in 10 baantjes (strips) van circa 1 mm breedte aan de voorkant en een aluminiumlaag met 10 soortgelijke loodrecht gerichte strips aan de achterkant, zoals zichtbaar in de spiegel. De strippatronen aan beide kanten definiëren in projectie een dambord met 10 x 10 velden. Als een geladen deeltje op een dambordveld valt wordt de plaats van dat veld herkend. 33
De ontwikkeling van de Damborddetector gaf aanleiding tot drie octrooien Het eerste octrooi (A) had betrekking op de productie van de detector: hoe het 0.3 mm dikke schijfje uit het silicium eenkristal moest worden gesneden. Het tweede (B) en derde (C) betrof de toepassing van de detector: het uitlezen van de signalen, zodanig dat deze optimaal bruikbaar waren. Damborddetector Bovenste deel van een poot 34
Octrooi A NL 154329, US 3529159 Een optimale keus voor de richting van het vlak waarlangs de plak voor de detector uit het silicium eenkristal wordt gesneden. Deze snede voorkomt dat het siliciumrooster een regelmaat vertoont voor bepaalde richtingen van passerende deeltjes, hetgeen een abnormaal energieverlies (ΔE) kan veroorzaken ( channeling ). 35
Octrooien B en C B: US patent 3,529,161 Deze twee octrooien betreffen aankoppeling van de dambordetector aan de uitleeselektronica ter minimalisatie van de sterkte van overspraak, d.w.z. van signalen van andere strips dan waar op dat moment een deeltje passeert. Dit kan worden bereikt door paarsgewijs gebalanceerde inductieve stripuitlezing en een geringe verschilspanning tussen aangrenzende strips. Het is moeilijk dit in detail uit te leggen. C: US patent 3,624,399 Detector uitlezing 35
Samenvattend, wanneer een geladen kerndeeltje voortkomend uit een kernbotsing in het target in het centrum van BOL een bepaalde detectietelescoop doorkruist, wordt naast de totale energie (E) en het energieverlies (ΔE) in de damborddetector, het dambordveld, waar het passeerde, doorgegeven aan de elektronica. Tezamen met de centrale telescoopcoördinaten, legt dat dambordveld met een nauwkeurigheid van ongeveer 1 graad de vluchtrichting van het deeltje vast, welke uiteindelijk wordt uitgedrukt in universele poolcoördinaten (θ, φ). Dubbelzijdig strippatroon met signaaluitlezing Dambordmatrix ( matje ), aantallen deeltjes van een radioactieve bron per dambordveld N Dambordmatrix 37
De Damborddetector maakte van BOL met 64 detectietelescopen eigenlijk een 6400-voudige deeltjesdetector. Voor tweevoudige coïncidenties waren er niet 64 x 63 = 4032 maar ongeveer 4 x 10 7 (!) detectiecombinaties. Ieder veld van de damborddetector kon namelijk effectief als detector optreden, met de beperking dat een coïncidentie binnen dezelfde detector gewoonlijk niet meetelde. Echter, ook deze lokale coïncidenties konden soms een interessant resultaat opleveren (zie slide 62). Voor coïncidente deeltjes (1,2) is wegens symmetrie rondom de bundelas alleen het verschil in azimuthale hoek Δφ = φ 2 -φ 1 significant. Daardoor kon vrijwel de hele 3D-ruimte (θ 1, θ 2 Δφ), bestreken worden. Dus, ook voor coïncidenties was BOL een 4π-type detector. Dit bood destijds unieke mogelijkheden voor het het zoeken naar verschillen tussen gemeten data en hooggekwalificeerde theoretische modelberekeningen (zie slides 63 en 65). 38
De Philips NatLab-groep op het IKO o.l.v. Wim Hofker, die in samenwerking met IKO de BOL-detectoren ontwikkelde en produceerde 39
~ 40 x 10 3 transistoren ~ 100 x 10 3 passieve componenten ~ 35 m 2 printplaat ~ 13 km kabel 40
Het ontwerp en de realisatie van de BOL-elektronica, bewerkstelligd door Rein Rumphorst en zijn team, bracht innovatieve gedurfde oplossingen ter vervulling van de gestelde eisen. Veelal kon niet worden teruggegrepen op bekende methoden. Waar dat wel kon, moest vaak miniaturisering, snelheid of kwaliteit worden opgevoerd. Twee voorbeelden: 1. Voor tweevoudige coïncidenties tussen 64 poten heeft men digitaal nodig zo n 4000 gates, voor drievoudige coïncidenties ongeveer 250.000 gates. Dat was onrealiseerbaar! De oplossing, het ei van Columbus, was een analoge optelling van de timingsignalen (van 5 nanoseconden), gevolgd door pulshoogtediscriminatie. Dit bleek perfect te werken. 2. Het meten van de E en ΔE signalen werd uitgevoerd met Wilkinson analoog-digitaalomzetters (ADC s). Voor het E-signaal (4096 kanalen + overflow-herkenning) hadden deze een telfrequentie van 100 MHz, meer dan 25 keer hoger dan vergelijkbare ADC s toen beschikbaar, toch met een uitstekende nauwkeurigheid, stabiliteit en lineariteit. Rein Rumphorst 41
Een groot aantal analoge en digitale functies gerealiseerd met transistors op een enkele printplaat Kees Oostveen 42
BOL elektronica 64 keer M 1. Detectiepoot met detector telescope, sgnaaluitlezing en primaire elektronica 2. Logica-print met m besturing en data overdracht 3. ADC-print M met analoogdigitaal conversie bij 100 MHz E-signaal: 13 bits ΔE-signaal: 9 bits 1 2 3 43
Dubbele ton in opbouw Diameter 1,50 m De behuizing van de ADC- en logica-printen behorende bij de 64 detectiepoten. De tonnen konden draaien om de printen te kunnen plaatsen of verwijderen. 44
Het bedraden van een ton S Guus Sartorius 45
BOL met bijna alle poten geïnstalleerd Deeltjes van de externe bundel van het cyclotron komen BOL binnen door de bundelpijp (rode pijl), gefocusseerd tot een spot van 2 mm op het target in het centrum van de binnenbol. Het target is een folie van het materiaal uitgekozen voor de metingen en gemonteerd op een beweegbare ladder onder een hoek van 45 o met de bundel. 45
de oscilloscoop is onmisbaar bij het localiseren van een storing in het systeem RvD Signaalkabels van BOL-detector naar dubbele ton..\bol-poster2\e-bol-binnenring.jpg René van Dantzig 47
BOL compleet TV-camera wordt geïnstalleerd. Deze staat gericht op een scherm dat - indien geklapt in de bundel - fluoresceert (oplicht), waar het is blootgesteld aan bundeldeeltjes. Zo kan voorafgaand aan het meetproces het bundelprofiel worden gecontroleerd vlak voor intree van de BOL-detector. Wil Verlegh 48
BOL gereed voor de metingen Platform met dubbele ton en hulpapparatuur 2 3 1 4 1. Bundelpjip 2. BOL multi-detector 3. Dubbele ton voor prinplaten 4. Vacuümpompen 49
Besturing en verzameling, opslag en weergave van meetgegevens 50
On-line netwerk BOL was waarschijnlijk het eerste kernfysische detectiesysteem in Europa met een on-line computernetwerk voor de besturing, verzameling, weergave en analyse van meetgegevens (data). Het driehoeksnetwerk (zie volgende slide) bevatte een DEC PDP-8 mini-computer voor dataverzameling (P1) een DEC PDP-8 mini-computer voor dataweergave (P2) een Philips-Electrologica EL-X8 grote centrale computer. Het BOL-team en Philips-Electrologica werkten samen aan de de hardware en software noodzakelijk voor het functioneren van het network zowel als voor het hanteren van de meetgegevens. 51
EL-X8 Magneetbandeenheden teletypes On-line computer netwerk hardware roterend magnetisch drum geheugen P1 BOL P2 IKOB hardware voor gebufferde gegevensoverdracht 52
1 2 1. PDP-8 (P2) van het netwerk TB TB 2. Weergaveconsole 3 3. Teletype met papieren ponsband invoer en uitvoer Theo Bijvoets 53
Verschillende deeltjessoorten van kernreactieproducten zijn zichtbaar op het on-line PDP-8 (P2) oscilloscoop weergavescherm 3 He α = 4 He E. ΔE triton deuteron proton E ΔE = signaal Damborddetector E = signaal PIN-detectoren + ΔE 54
Reken- en geheugenkasten Console EL-X8 C O M P U T E R Flexowriter Ultra-snelle papierbandlezer WW BW = Bob Wielinga WW = Wim Wieringa BW 55
Dataopslag op magneetband ~ 2000 banden werden beschreven 56
Systeemsoftware, datareductie, dataverwerking, data-analyse and dataweergave 57
De koppeling van on-line computers aan het experiment voor het hanteren van grote hoeveelheden fijnmazige multidimensionale data leidde tot de in-huis ontwikkeling van NIEUWE besturingssoftware voor PDP-8 en EL-X8 invoer/uitvoer programmeersystemen bewerkingsmethoden voor de meetgegevens gegevensanalysetechnieken weergave van multidimensionale meetgegevens. 58
De volgende software werd ontwikkeld voor de PDP-8 mini-computers Het Monikor systeem, multiprogrammering met parallelle asynchrone programma s Netwerk interface drivers Data communication - computer çè experiment - computer çè computer Display met lichtpen voor uitlezing van datapunten Magneetband invoer/uitvoer-software Dataverwerkingsprogramma s. 59
De volgende software werd ontwikkeld voor de EL-X8 computer Het Wammes file-georiënteerde besturingssysteem met meervoudig acces, timesharing, swapping en flexibele taaktoewijzing Associatief (boom)tellen van events op de magnetisch drum voor de opbouw en het hanteren van dun bezette heel grote multidimensionale spectra Gebufferde datacommunicatie EL-X8 < > PDP-8 voor IKOBhardware Vensterprogrammering voor bewerking, in verschillende doorgangen, van invoer/uitvoer-onafhankelijke meerlagig gestructureerde event data (reductie, filtering, transformatie en histogrammering) en voor, opmerkelijk genoeg, verwerking met dezelfde functionaliteit van multidimensionale matrix gegevens Reken- en visualisatieprogramma s, Simplex and Hoidis, met conversationele symbolische instructie manipulatie en formule interpretatie. 60
en publicaties 61
Inspectie van eerste BOL meetgegevens geprint op de regeldrukker 62
Fysische resultaten Het wetenschappelijk werk was vooral gericht op het bestuderen van kernreacties met weinig nucleonen (N), bij voorbeeld een deuteron (d) dat opbreekt in een proton (p) en een neutron (n) in diens botsing met een proton. BOL maakte het mogelijk metingen kinematisch compleet uit te voeren, d.w.z. dat alle kinematische variabelen na de kernbotsing uiteindelijk bekend zijn. Bovendien, kon het drie-nucleonenprobleem worden bestudeerd over de hele faseruimte. Dat is de 4D ruimte opgespannen door de impulsvectoren, met restricties van de behoudswetten voor energie en impuls en als gevolg van rotatiesymmetrie om de bundelrichting. Daardoor kon niet alleen eindtoestandswisselwerking (FSI) en quasivrije verstrooiïng (QFS) met voornamelijk twee betrokken nucleonen worden bestudeerd, maar ook de interferentie tussen deze processen. Wat de theorie betreft, het was al mogelijk het 3N-systeem exact op te lossen voor NN-interacties, die zorgvuldig getoetst waren aan elastische NN-verstrooiïng en het gebonden 3Nsysteem, het triton. Exacte berekeningen met deze interacties konden nu worden vergeleken met BOL-resultaten over de hele faseruimte en discrepanties kwamen te voorschijn van belang voor theoretici. 63
Voorbeeld van deeltjesherkenning op regeldrukkerpapier 4 He proton deuteron 3 He 2 He* Lokale coïncidenties Twee gecorreleerde protonen samen gedetecteerd in een damborddetector, dat betekent de detectie van een onstabiel (bijna stabiel) deeltje: 2 He* 64
Dalitz plots Structuur in Dalitz plots toont tussentoestanden in kernreactieprocessen 1 H (p, pp) n T d = 26 MeV 9 Be (d, t α) 4 He T d = 26 MeV 1 H ( 3 He, pd) p T 3He = 69 MeV target (projectiel, gedetecteerde deeltjes) niet gedetecteerd deeltje T d, T 3He is de bundelenergie, T xy is relatieve energie tussen deeltjes (x,y) 65
Reactie d + p à p + p + n Vergelijking van meetgegevens met theorie in een, twee en vier dimensies 1-dimensionale ve Representatie van data in 4D als 2D matrix van 2D matrices 66
Het BOL-project leidde tot ongeveer twintig publicaties in internationale wetenschappelijke tijdschriften, drie octrooien en zes PhD-proefschriften naast veel doctoraalproefschiften, conferentiebijdragen en laboratoriumrapporten. 67
Auteurs van BOL-publicaties in nationale en internationale tijdschriften Akkerman, H J M (M, PhNL) Arnold, H (F) Balder, J R (F) Bie, J E P de (F) Biekman, W C M (S) Blommestijn, G J F (F) Boer, J A den (D, PhNL) Bregman, P (E, PhNL) Bijleveld, J H M (M) Bijvoets, Th (E/V) Dantzig, R van (F) Dieperink, J H (E) Dodd, L R (F) UA Engen, P G van (S) Es, J T van (E) Haitsma, Y (F) Hall, F A van (E) Heemskerk, J A (V) Hermans, W C (F) Hoeberechts, A M E (D, PhNL) Hoekstra, R (E/F) Hofker, W K (D, PhNL) Kate, P U ten (E) Kloet, W M (F, UU) Koerts, L A Ch (F) Kok, E (E) Kraus, J (E) Kwakkel, E (E) Mars, A J (S) Meester, R P (S) Mooy, R B M (F) Mulder, K (F) Oberski, J E J (F) Oosthoek, D P (D, PhNL) Oostveen, K (E) Ridder, Th F de (F) Rumphorst, R F (E) Šlaus, I (F, UZ) Sonnemans, M A A (F) Suys, J L C N M (S, PhEL) Tjon, J A (F, UU) Toenbreker, J A M (S, PhEL) Verhaar, B J (F, UE) Visschers, J L (F) Waal, J C (F) Wielinga, B J (F) Ypenberg, A D (F) D = Detectorfysica / detectortechniek E = Elektronica / Elektrotechniek F = Fysica M = Mechanische techniek S = Software V = Vacuümtechniek PhNL = Philips NatLab PhEL = Philips-Electrologica UA = Univ. Adelaide UE = Univ. Eindhoven UU = Univ. Utrecht UZ = Univ. Zagreb 68
BOL team 1970 From left to right René van Dantzig Ton Ypenberg Henriëtte v/d Pijl Wil Carton Wim Hermans * Leo Koerts Theo de Ridder Jan Lindhout José Magendans Jan Waal Geri Blommesteijn Jan Erik (Jep) de Bie Ton Sonnemans Bob Wielinga Karel Mulder Jona Oberski ** Jan Joosten *** halfverborgen achter paal ** alleen handen zijn zichtbaar *** links, onder de bundelpijp 69
Het Parool 1971 Drie Doctors in één middag Haarlemse Courant 1969 Karel Mulder René van Dantzig Jona Oberski Rondleiding van de pers Rondleiding voor de pers 1969 TS = Ton Sonnemans Bob van Lieshout (Directeur IKO) 1969 TS 70
Presentatie René van Dantzig Het BOL-systeem kwam tot stand dankzij essentiële bijdragen van tal van medewerkers van IKO en Philips, daarnaast ook van Electrologica en andere partijen. Sommigen van hen zijn hier met name genoemd, veel anderen niet. Fotografie Hans Arnold Marco Kraan Speciale dank aan Ton Boerkamp Piet Lassing Jan van Veen Erik Heijne Jan Visschers en veel anderen 71
Nadat het BOL-systeem buiten werking was gesteld, werd het als monument buiten op het Science Parkterrein, geplaatst, waar het was blootgesteld aan weer en wind Constructie in omgekeerde volgorde 2002 72
1977 2002 Na 25 jaar was het BOL monument toe aan afscheid nemen 73
De laatste poot eruit! PL Piet Lassink 74
Ontmanteling! TB PL JvV PL JvV = Jan van Veen PL = Piet Lassing TB = Ton Boerkamp 75
JvV JvV = Jan van Veen PL = Piet Lassing TB TB = Ton Boerkamp 76 PL
De vitrine op het Nikhef met doorlopende presentatie 2004-2016 77
BEHOUDEN! Binnenbolhelften (het hart) Detectie-eenheid (poot) Detectoren Kotterbeitel In vitrine 2003 Vanaf 2004 doorlopende toelichtende Presentatie 2016 Naar Science Museum Boerhaave 78
Achteraf gezien De gedurfde ideeën van het BOL-project werden gerealiseerd niet alleen door de vaardigheden en hard werken van IKO en Philips, maar ook door het enorme enthousiasme van de projectdeelnemers. Toegegeven, een flinke hoeveelheid geluk speelde ook een rol. Misschien waren de BOL-ideeën, binnen de gemeenschap van de experimentele kernfysici, wat vooruitstrevend voor die tijd, maar ze creëerden omstandigheden, die tegelijk bereikbaar en nodig voor vooruitgang waren. De ontwikkelingen zijn daarna op veel plaatsen verder gegaan en deze hebben geleid tot normale omstandigheden bij hedendaags subatomair onderzoek, zoals: 4π-type detectie in alle richtingen rondom het botsingsgebied; silicium detectoren voor nauwkeurige positiemetingen; computernetwerken on-line bij het experiment; invoer/uitvoer-onafhankelijke gegevensverwerking; timesharing en parallelle verwerking voor data-analyse. 79
De overblijfselen van het BOL-systeem met een drietal maquettes van het cyclotron en een uitgebreid archief werden op 8 Juli 2016 overgedragen aan Museum Boerhaave in Leiden aan wetenschapsmuseum en Cern 80
Overdracht aan Museum Boerhaave Foto rechts Electronica, binnenbol, detectiepoot, detectoren, kotterbeitel Foto links De overdracht werd gerealiseerd door Jan Visschers (r) van Nikhef, die hier uitleg geeft aan Hans Hooijmaaijers (l), Hoofd Collecties van het museum. Willem van Leeuwen van Nikhef staat tussen hen in. 81
Verslag in de CERN Courier October 2016 82
In juli 2015 werd een ander overgebleven onderdeel van BOL, een raketvormige detectie-eenheid, (poot) gedoneerd aan CERN door Johan Dieperink, die deze eenheid zo n 50 jaar geleden ontwikkelde. Op de foto rechts, neemt Charles- Henri Denarie van de CERN-Groep voor Educatie, de eenheid, verpakt voor veilig transport naar CERN, in ontvangst. Erik Bracke, zittend op de vloer, die meehielp deze overdracht te realiseren, assembleerde 64 van zulke detectie-eenheden voor BOL ook bijna 50 jaar geleden. Links-onder toont Rein Rumphorst, ontwerper van de BOL-elektronica die hij samen met Erwin Kok en Johan Dieperink ontwikkeld heeft. BOL-elektronische experts ~50 jaar later JD RR EK EB CHD JD = Johan Dieperink RR = Rein Rumphorst CHD = Charles-Henri Denarie EK = Erwin Kok EB = Erik Bracke 82
van detectorontwikkelingen 84
CACTUS detector, Oslo Detectie rondom is standaard geworden bij Plastic Ball, Crystal Ball, CACTUS, TAPS, Miniball,... en meer recent in de moderne detectoren bij deeltjesbotsers Miniball 85
Microstripdetectoren en uitleeselektronica werden ontwikkeld en werden onmisbaar voor kern- en deeltjesfysica 1965 IKO-Philips Damborddetector 2 x 10 x 1400 µm pitch* 1980 CERN 1 x 100 x 200 µm pitch * pitch = stripbreedte = positieresolutie 1982 1x 100 x 50 µm pitch 1982 CERN 1 x 100 x 200 µm pitch 1985 CERN 50 µm pitch 1981 1 x 100 x 50 µm pitch 86
2017 High Energy and Particle Physics Prize for Erik Heijne The 2017 High Energy and Particle Physics Prize of the EPS for an outstanding contribution to High Energy Physics is awarded to Erik H.M. Heijne, Robert Klanner, and Gerhard Lutz for their pioneering contributions to the development of silicon microstrip detectors that revolutionised high-precision tracking and vertexing in high energy physics experiments. Silicon microstrip detectors are at the heart of nearly every High Energy Physics detector today. They have played an enabling role in elucidating the mechanism of electroweak symmetry breaking, scrutinising the Standard Model using heavy quarks (charm, bottom and top), and precision measurements of quark and boson masses. The practicability of the first silicon microstrip detectors for High Energy Physics was demonstrated by Erik H.M. Heijne (former Nikhef scientist) and the late Bernard Hyams (1925 2015). In parallel, a group from Pisa led by the late Aldo Menzione (1943 2012) demonstrated a multi-electrode silicon detector produced by a surface barrier technology. Bron: http://www.eps.org/ 86
Presentatie René van Dantzig THE END Photografie Hans Arnold Marco Kraan Speciale dank aan Ton Boerkamp Piet Lassing Jan van Veen Erik Heijne Jan Visschers and many others 88