Utvikling av utlesningselektronikk for kjernefysiske eksperimenter

ALICE er et kjernefysikkeksperiment ved LHC-akseleratoren på CERN. Kolliderende tungione partikler blir observert, hvor vi gjennskaper tilstander med energitetthet som tilsvarende Big Bang. Etter kollisjonen registrerer vi alle resulterende partikler. Dataene kan vi bruke til å bekrefte eller avkrefte teorier om universets mest fundamentale byggesteiner.

For å kunne telle opp alle partiklene bruker vi et mangfold av detektorer og utlesningselektronikk. Institutt for fysikk og teknologi samarbeider tett med ALICE, og mikroelektronikkgruppen bidrar til utvikling av kritiske systemer til detektorer, blant annet utlesningselektronikk til ALICE-detektorene TPC, ITS, og FoCal.

Avhandlingen omhandler to systemer: ITS2, som er i en ferdigstillingsfase, og FoCal, som er i en designfase. Begge systemene må opereres med toleranse for feil under reelle forhold, og begge drar nytte av ALPIDE-pixeldetektorbrikken til dette. Strålingsinduserte bitflips kan forårsake feil i konfigurasjonsminnet til digitale kretser, og for høy konsentrasjon av partikler på sensorene kan føre til for treg utlesning og dermed datatap.

Strålingstoleransen til utlesningselektronikken for ITS2 ble forbedret og testet med eksperimentell feilinjeksjon i konfigurasjonsminnet. En maskinvarebasert feilinjeksjonsstrategi viste at strålingstoleransen til designet kan delvis kvalifiseres uten tilgang til begrensede strålingsfasiliteter.

Datatap ble undersøkt i det nye detektordesignet, med detaljerte analyser som identifiserte sensorer som hadde datatap, samt oppførselen og fordelingen av disse feilene. Arbeidet bidro til beslutninger om hvordan slike feil skal håndteres i den nye detektoren.

Personalia

Magnus R. Ersdal har en Sivilingeniørgrad (Masters of Science) fra Universitetet i Bergen. Han arbeider nå med utvikling av hardware, embedded-produkter og programvare for oppstartsselskaper i Stavanger-regionen. Doktorgradsarbeidet ble utført på Institutt for fysikk og teknologi ved Fakultet for naturvitenskap og teknologi.