Autor: hraach

The Plug Calorimeter

I am going to summarise my diploma thesis in plain words. It was a simulation of the ZEUS detector. ZEUS was the name of a collaboration which ran an experiment at the storage ring HERA in Hamburg, Germany. There, electrons and protons of high energy were brought to collision. Around the interaction point was the ZEUS detector covering almost the whole solid angle with the exception of the openings for the beam pipes. The idea for the plug calorimeter was to make the opening in the proton direction smaller. Thus the acceptance of the detector was enlarged. A calorimeter is an energy measuring device. The additional calorimeter was kind of a plug.

My first step was to implement several versions into the ZEUS detector simulation program MOZART. Then I simulated a test beam, i.e. I used a beam of particles of a single type with uniform energy. Finally, I tested with two kinds of electron proton scattering events. It could be demonstrated that these two types of scattering events can be much more easily separated in an analysis with the aid of a plug calorimeter.

A plug calorimeter was eventually built und installed. Finishing this article I want to mention a publication:

Bamberger et al., The ZEUS Forward Plug Calorimeter with Lead-Scintillator Plates and WLS Fiber Readout, Nucl. Instr. Meth. A450 (2000) 235-252 ( http://arxiv.org/abs/hep-ex/9912045 )

 

Japanese Bossa

This piece was performed during the Xmas Session 2015 at Jazz Institute Darmstadt by the Jürgen Wuchner Workshop Band.

You find the lead sheets here:

JapaneseBossa_C   JapaneseBossa_Bb   JapaneseBossa_Eb

I would like to add some remarks on the harmonic background. The melody consists of a Japanese pentatonic. This can be built by a major pentatonic where the major third is substituted by a minor third and the second note becomes the root. I give an example:

D major pentatonic: D E F# A B

Major third is substituted by minor third: D E F A B

Second note becomes root: E F A B D

When I harmonised the melody, I did not do the last step. To stay within the example, I kept D as the root.

 

Current Leads

Current leads are a cryo-electrical component of the circuit of a superconducting magnet, a pair for each electrical circuit. One end, the warm terminal, has ambient temperature, about 300 K (Kelvin). The other end, the cold terminal, has the temperature of liquid helium, approximately 4 K.

If the cross-section of the conductor is too large, a lot of heat comes from the warm to the cold terminal. On the other hand, if the cross-section is too small, the electrical current will cause a significant heating and the current leads may burn through. The designer has to find a compromise.

There are current leads which are only cooled at the cold terminal. This is the conduction cooled type. The vapour cooled current leads guide the helium vapour all along the whole length from the cold to the warm terminal. Sometimes the temperature is fixed in between with liquid nitrogen (77 K) by the employment of a thermal anchor.

Stromzuführungen

Stromzuführungen sind eine kryo-elektrische Komponente des Stromkreises eines supraleitenden Magneten. Sie treten immer paarweise auf. Das eine Ende wird warmer Terminal genannt und hat die Temperatur der Umgebung, etwa 300 K (Kelvin). Das andere Ende, der kalte Terminal, hat die Temperatur von flüssigem Helium, rund 4 K.

Wenn die Querschnittsfläche des elektrischen Leiters zu groß gewählt wird, wird zu viel Wärme vom warmen zum kalten Ende geleitet. Ist sie dagegen zu klein, so wird die Stromzuführung durch die Joulesche Wärme des elektrischen Stroms sehr heiß und kann durchbrennen. Bei der Konstruktion muss daher ein Kompromiss gefunden werden.

Ist gibt einmal Stromzuführungen, die nur am kalten Terminal gekühlt werden. Hier spricht man von Kontaktkühlung. Andere Stromzuführungen führen den Heliumdampf über die gesamte Länge vom kalten zum warmen Terminal. Dies sind gasgekühlte Stromzuführungen. Man kann auch einen Zwischenpunkt auf der Temperatur von flüssigem Stickstoff, 77 K, halten durch einen sogenannten thermischen Anker.

Tritonus Blues

Dies ist ein Blues, der zwar schräg klingt, aber wo ich innerhalb der Harmonien geblieben bin. Er wurde schon mehrfach aufgeführt. Hier bringe ich eine Aufnahme, die ich zu Hause gemacht habe. Die Besetzung: Gitarre, Bassposaune, Sopransaxofon. Bass und Schlagzeug kommen von Band in a Box, also aus dem Computer.

Woher kommt der Name? Der Tritonus ist ein dissonantes Intervall, das aus drei Ganztönen besteht. Bei der Improvisation heißt es häufig, dass man die Terz und die Septime spielen soll. Zwischen großer Terz und kleiner Septime liegt aber der Tritonus. Nehmen Sie zum Beispiel den Akkord C7. Terz ist E und Septime Bb. Im Blues sind einige Dominantseptakkorde. Und so konnte ich einen Blues komponieren mit vielen Tritoni. Die Noten finden Sie hier:

TritoneBlues_C  TritoneBlues_Bb  TritoneBlues_Eb

 

Computational Fluid Dynamics

In CFD a computer solves the discretized equations on a numerical grid which should be fine enough in order not to neglect important features of the flow in between. Beside of the real experiment and pure theory it has established itself as the third column of fluid dynamics. In contrast to the real experiment, the numerical experiment offers much more data. Pure theory has the disadvantage that it can only provide solutions of few simple problems. It shall not be concealed that by far not all situations of interest can be simulated accurately. For example, in most cases turbulent flows have to be modelled which involves simplifications.

A mocking interpretation of CFD is Colors For Dollars, since the visualisation is very colourful and the software in most cases expensive. Alas, this is only the opinion of the mockers! 🙂

Numerische Experimente in der Fluiddynamik

In der Computational Fluid Dynamics (CFD) werden die Gleichungen auf einem Gitter gelöst, das feinmaschig genug sein sollte, damit nicht Wesentliches zwischen den Gitterpunkten außer Acht gelassen wird. Neben dem wirklichen Experiment und der reinen Theorie hat sich die CFD als dritte Säule der Fluiddynamik etabliert. Sie bietet den Vorteil gegenüber dem Experiment, dass viel mehr Messpunkte Daten liefern. Die reine Theorie hat den Nachteil, dass sie nur Lösungen bietet für sehr wenige einfache Fälle. Es sollte nicht verschwiegen werden, dass längst nicht alle Situationen von Interesse genau simuliert werden können. Zum Beispiel bei turbulenten Strömungen ist man in den meisten Fällen auf vereinfachende Modelle angewiesen.

Spötter meinen ja, CFD stünde für Colors For Dollars, weil die Visualisierungen sehr bunt sind und die Software meist teuer ist. Sollen sie nur spotten! 😊

Das Plug-Kalorimeter

Ich werde hier versuchen, meine Diplomarbeit zusammenzufassen und in allgemein verständlichen Worten zu erklären. Die Arbeit war eine Detektorsimulation zum ZEUS-Experiment am Speicherring HERA. Dort wurden Elektronen und Protonen hoher Energie zur Kollision gebracht. Um den Wechselwirkungspunkt war der ZEUS-Detektor, der den gesamten Raumwinkel abdeckte bis auf die Öffnungen für die Strahlrohre. Die Idee für das Plug-Kalorimeter war, die Öffnung in Protonenrichtung zu verkleinern und so die Akzeptanz des Detektors zu erweitern. Ein Kalorimeter ist ein Energiemessinstrument. Das englische Wort plug kann hier mit Stopfen übersetzt werden.

Zunächst baute ich Varianten eines solchen Kalorimeters in das ZEUS-Detektor-Simulationsprogramm MOZART ein und testete mit Strahlen einzelner Teilchen vorgewählter Energie. Dann fand der Test mit zwei Sorten von Elektron-Proton-Streuereignissen statt. Ich konnte zeigen, dass diese zwei Sorten mit Hilfe eines Plug-Kalorimeters in der Analyse viel besser getrennt werden könnten.

Ein Plug-Kalorimeter wurde schließlich gebaut und eingesetzt. Zum Abschluss dieses Beitrags möchte ich noch eine Veröffentlichung dazu zitieren:

Bamberger et al., The ZEUS Forward Plug Calorimeter with Lead-Scintillator Plates and WLS Fiber Readout, Nucl. Instr. Meth. A450 (2000) 235-252 ( http://arxiv.org/abs/hep-ex/9912045 )

 

Not(en)

Mir hat ein Witz gut gefallen, den ich von den Echoes of Swing gehört habe. Nach Noten spiele man nur zur Not. Deshalb hießen sie Noten.

„Not(en)“



Nach Noten

spielt man nur zur Not.

Dabei sind sie Boten

einer anderen Musikalität.



Ich spiele ungern nach Noten,

spiele lieber aus dem Kopf.

Spiele das, was mir kommt in die Pfoten,

so ist nun mal des Jazzers Mentalität.



Es ist beides wichtig zu können,

nach Augen und Ohren zu spielen.

Wichtig ist das Klangergebnis,

auf dass es wird zum Klangerlebnis.

 

Japanischer Bossa

Dieses Stück kam in der Xmas Session 2015 im Gewölbekeller des Jazzinstituts durch die Jürgen Wuchner Workshop Band zur Aufführung.

Wer das Stück auch spielen möchte, findet hier die Noten:

JapaneseBossa_C   JapaneseBossa_Bb   JapaneseBossa_Eb

Ich möchte noch etwas über den harmonischen Hintergrund schreiben. Die Melodie besteht aus den Tönen einer japanischen Pentatonik. Diese entsteht durch eine Dur-Pentatonik, in der man die Dur-Terz durch die Moll-Terz ersetzt und dann den zweiten Ton zum Grundton erklärt. Ich gebe ein Beispiel:

D-Dur-Pentatonik: D E F# A B (englische Notation, d.h. B steht für das deutsche H.)

Moll-Terz ersetzt Dur-Terz: D E F A B

Zweiter Ton wird Grundton: E F A B D (japanische Pentatonik in E)

Bei der Harmonisierung des Stückes habe ich den letzten Schritt nicht gemacht. Ich bin, um bei dem Beispiel zu bleiben, von D als dem Grundton ausgegangen.