Simulation of the Beam Conditions Monitor for the Run III upgrade of the LHCb detector and development of a control system for the Timepix4 telescope

Abstract

The LHCb experiment is currently undergoing a major upgrade, preparing for the next period of data taking starting in 2022, where the instantaneous luminosity will increase by a factor of five. To ensure a safe operation of the experiment, simulation studies are performed for the Beam Conditions Monitor (BCM), responsible of protecting LHCb against possible damage from the beam. In the first part of this thesis the impact of the changed beam conditions and configurations of the LHCb subdetectors on the BCM settings is evaluated, by studying the BCM response under nominal and failing beam scenarios, respectively. The simulation shows that the BCM will be able to protect the most delicate components of the LHCb detector. For a possible future BCM detector a beam telescope design is considered. In the second part of this thesis a control system is described, that has been developed for the Timepix4 telescope, a beam telescope of the next generation. Two projects are implemented, responsible to remotely control the high voltage of the telescope and to monitor the temperature and humidity. The communication with the hardware has been established and user interfaces have been crated for the various controlling and monitoring tasks.

Das LHCb-Experiment wird derzeit umfassend aufgerüstet, um sich auf die nächste Periode der Datennahme ab 2022 vorzubereiten, in der die instantane Luminosität um den Faktor fünf zunehmen wird. Um einen sicheren Betrieb des Experiments zu gewährleisten, werden Simulationsstudien für den Beam Conditions Monitor (BCM) durchgeführt, welcher für den Schutz von LHCb durch mögliche Schäden durch den Strahl verantwortlich ist. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Auswirkungen der geänderten Strahlbedingungen und Konfigurationen der LHCb-Subdetektoren auf die Einstellungen des BCM untersucht, indem das Verhalten des BCM bei nominalen und fehlerhaften Strahlszenarien betrachtet wird. Die Simulation zeigt, dass der BCM in der Lage sein wird, die empfindlichsten Komponenten des LHCb- Detektors zu schützen. Für einen möglichen zukünftigen BCM-Detektor wird ein Strahlenteleskopdesign in Betracht gezogen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird ein Kontrollsystem beschrieben, welches für das Timepix4-Teleskop, ein Strahlenteleskop der nächsten Generation, entwickelt wurde. Es sind zwei Projekte implementiert, die für die Steuerung der Hochspannung des Teleskops und für die Überwachung der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit zuständig sind. Die Kommunikation mit der Hardware wurde hergestellt und Benutzeroberflächen sind für die verschiedenen Steuerungs- und Überwachungsaufgaben erstellt worden.