Ich durfte meine Semesterarbeit in der CERN-Gruppe des Institutes für Teilchen- und Astrophysik der ETH durchführen. Dabei war ich während vier Wochen Teil der CMS Kollaboration und habe auf dem CERN-Gelände in Meyrin (CH) und Prévessin (FR) gelebt und gearbeitet.
Eindrücke von meiner Zeit am CERN geben die folgenden Bilder (Erklärungen zu den Bildern werden sichtbar, wenn man mit dem Mauszeiger über die Bilder fährt):
Globe und Spirale
Der Globe (im Hintergrund) ist vor dem Haupteingang des CERNs anzutreffen. In ihm befindet sich ein Wissenschaftsmuseum. Die Spirale im Vordergrund kommemoriert den Fortschritt der Physik.
Globe und LHC-Abschnitt
Das blaue Rohr rechts ist ein Ausstellungsabschnitt des LHC Beschleunigers.
Science meets Romance
Typischer CERN Korridor
Schon allein die Korridore am CERN sind faszinierend! Es gibt so viele Papers, Posters, Cartoons und Memes zu entdecken.
LHC Beschleuniger
Dieses Bild zeigt den gesamten LHC Beschleuniger (27 km im Umfang).
CMS Detektor
Das CMS ist eines der Hauptexperimente am LHC.
CMS Kollaboration
Die gesamte CMS Kollaboration ist auf diesem Bild abgebildet. Leider habe ich die Aufnahme um wenige Minuten verpasst, ansonsten wäre ich auf diesem Foto verewigt worden!
ECAL Barrel
Im CMS Detektor befindet sich das elektromagnetische Kalorimeter (ECAL). Es misst die Energien von Elektronen und Photonen.
Semesterarbeit
Meine Semesterarbeit drehte sich um eine Alterungsstudie für elektrische Komponenten im CMS ECAL.
Motherboard
Um dieses Bauteil drehte sich die Alterungsstudie. Es führt enorm wichtige Funktionen im CMS ECAL aus, deshalb muss sichergestellt werden, ob seine Zwischenschaltungen und Kapazitäten auch in den nächsten zwanzig Jahren zuverlässig sein werden und ob die Motherboards keine Kurzschlüsse ausbilden werden.
Werkstatt
In dieser Werkstatt habe ich meine Semesterarbeit durchgeführt. Die Atmosphäre war enorm anregend und produktivitätssteigernd!
Interconnection Test Setup
So sah der automatisierte Aufbau für das Testen der Zwischenschaltungen aus.
Leakage Current Test Setup
So sah der von mir gebaute Aufbau zum Messen der Leckströme aus. Über die Leckströme können potentielle Kurzschlüsse erkannt werden. Die Benutzeroberfläche auf dem Laptop im Vordergrund habe ebenfalls ich implementiert.
Capacitor Test Setup
Dieser Aufbau testet die Funktionstüchtigkeit der Kapazitäten auf dem Motherboard. Ich habe ebenfalls den Aufbau wie auch die Messsoftware selber umgesetzt.
Detail Capacitor Test Setup
Dieses Multichannel-Board kann hinten beim Multimeter (rechts auf dem vorherigen Bild) hineingeschoben werden. Es erlaubt das Auslesen der verschiedenen Kapazitäten.
LHC Ausstellungsstück
Während einer Führung wurde uns die Funktionsweise der auf Supraleitung basierenden Magneten im LHC Beschleuniger erklärt.
ALPHA Experiment
Dieses Experiment führt Spektroskopiemessungen an Anti-Wasserstoffatomen durch. Dies erlaubt die Überprüfung der sogenannten CPT Symmetrie.
ALPHA Experiment
Unsere aktuell beste Theorie in der Teilchenphysik, das Standarmodell, basiert auf der Einhaltung der CPT Symmetrie.
Kontrollzentrum ATLAS
ATLAS ist ein weiteres wichtiges Experiment am LHC (wenn auch leider nicht so cool wie das CMS). Auf diesem Bild sieht man das Kontrollzentrum von aussen.
Kontrollzentrum ATLAS
Auf diesem Bild ist das Kontrollzentrum von innen zu sehen. Ein Trigger selektiert diejenigen Events, die "interessant" sind. Diese werden im Kontrollzentrum live angezeigt.
Meine Semesterarbeit drehte sich um eine Alterungsstudie für die sogenannten Motherboards, elektrische Komponenten im elektromagnetischen Kalorimeter des CMS Detektors. Das Abstract zur Semesterarbeit lautet folgendermassen:
Currently, the CMS experiment at CERN’s LHC is being upgraded for the high- luminosity run that will start in 2026. While most of the electrical components inside the detector will be replaced, some are envisaged to remain. Intensive testing is needed to guarantee the reliability of these legacy components. In this thesis, three automated setups supporting the reliability analysis for the motherboards remaining in the CMS ECAL are presented. These setups enable the examination of the motherboard interconnections, leakage currents and capacitors. Preliminary data from all three tests is given and its significance regarding the reliability of the motherboards is discussed. While the testing of the interconnections and leakage currents yielded satisfactory results, there seems to be a wear mechanism that causes capacitors close to the edge of the motherboards to fail early.
Abstract zu “Design of an Automated Aging Analysis for the Motherboards in the CMS ECAL”
