Dune cdr the Single-Phase Protodune

2.5.2
HV feedthrough design, power supply and cabling
. . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.5.3
HV monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6
TPC front-end electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.1
Scope and requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.2
Grounding and shielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.3
Distribution of APA wire-bias voltages
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.4
Front-end mother board (FEMB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.6.5
CE feedthroughs and cold cables
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.6.6
Warm interface electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.6.7
External power and cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.7
Photon detection system (PDS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.7.1
Scope and requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.7.2
Photon detector modules
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.7.3
Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.7.4
Mechanical design and installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.7.5
Alternative photodetector under development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.7.6
Photon detector UV-light monitoring system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.8
PDS electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.9
Data acquisition (DAQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.9.1
Scope and requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.9.2
Timing, trigger and beam interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.9.3
TPC data readout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.9.4
RCE-based readout
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.9.5
FELIX-based readout
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.9.6
PDS and beam instrumentation data readout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.9.7
Event-building software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.9.8
Control, configuration and operational monitoring
. . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.9.9
Interface of the DAQ to the online storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.9.10 Online monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.10 Cryostat and feedthroughs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.10.1 Scope and requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.10.2 Storage characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.10.3 Cold GTT vessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.10.4 Temporary Construction Opening (TCO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.10.5 LAr pump penetration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.10.6 Beam window penetration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.10.7 Roof signal, services and support penetrations
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.10.8 Detector support structure (DSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.11 Cryogenics and LAr purification systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.11.1 Overview, overall planning and ES&H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.11.2 Cryogenics layout
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.11.3 Modes of operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.11.4 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
2.11.5 Cryostat pressure control
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
2.12 Detector monitoring and slow control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.12.1 Monitoring devices and sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.12.2 Slow control system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
ii

---

3
Space and infrastructure
117
4
Detector Installation
120
4.1
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2
Anode Plane Assemblies (APAs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.3
Photon Detection System (PDS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.4
Cold Electronics (CE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.5
Cathode Plane Assemblies (CPAs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.6
Field Cage (FC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5
Software and Computing
128
5.1
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.2
Data storage and management system
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2.1
Data characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2.2
Raw data flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.3
Prompt Processing for Data Quality Monitoring
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.4
Production processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.5
The LArSoft framework for simulation and reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.6
Event simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.7
Event reconstruction algorithms and performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.7.1
Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.7.2
Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6
Test beam specifications
144
6.1
Beam requirements
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.2
Beamline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.1
H4 beamline layout and optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.2
Beam properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.2.3
Muon halo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.3
Beamline instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.1
Beamline monitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.2
Particle identification system
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.3.3
Material budget and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.3.4
Trigger and data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.4
Muon Tagger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.4.1
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.4.2
CRT module design and readout
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.4.3
Layout of CRT modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.4.4
DAQ and readout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.4.5
Testing of modules during installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
References
162
iii

---