Diseño e implementación de un circuito electrónico en FPGA para la detección de eventos en experimento de física de partículas basados en fotomultiplicadores de silicio

Abstract

[ES] En la actualidad hay muchos experimentos que busca la desintegración sin neutrino doble beta. Cuando se produce la desintegración de interés, el xenón se desintegra emitiendo electrones y neutrinos cuya energía y topología, lo que permite su detección, se puede medir mediante una cámara de luz. Algunos experimentos combinan un plano para el cálculo de la energía de los eventos con un plano de trazas en entornos radiopuros. La energía se mide mediante el uso de fotomultiplicadores, que son complejos de mantener, por las tensiones a las que hay que alimentarlos, miles de voltios, además de que no son radiopuros. Por esta razón, es de interés para la física en cuestión, el estudio y la viabilidad del uso de otro tipo de sensores, como los fotomultiplicadores de silicio, para el cálculo de energía, mucho más fáciles de instalar y mantener, y de los cuales hay versiones radiopuras. Por esta razón, el objeto de este proyecto es el estudio y cálculo de la energía en una matriz de 8 x 8 fotomultiplicadores de silicio, así como un sistema capaz de aceptar eventos de interés a partir de las características de la señal y su posición en dicha matriz en un dispositivo programable (FPGA Virtex 6 de Xilinx) mediante el uso de lenguajes de descripción de hardware (Verilog). Este objetivio implica también la fase de verificación mediante simulación del diseño, así como de la viabilidad de su integración en los sistemas de adquisición de datos del expermiento NEXT.

[EN] Today many experiments are looking for the neutrinoless double beta decay. During one of these events, the Xenon decays by emitting electrons and neutrinos. Their energy and topology can be measured in a TPC (time projection chamber) to detect the decay. Some experiments combine a plan to calculate the energy of the event with a tracking plan in a radiopure apparatus. The energy is measured by photomultipliers, that are difficult to maintain because of their supply voltage, thousands of volts, moreover they are not radiopure. For these reasons, it would be worthwhile in these experiments to study and evaluate the viability of different kind of sensors, like silicon photomultipliers, to calculate the energy. They are much easier to install, maintain and some versions are radiopure. Thus, the objective of this project is to study, calculate the energy of an 8 x 8 silicon photomultipliers matrix and design a system that validate an event by some characteristics of the signal and his position, with programmable device (FPGA Virtex 6 of Xilinx) and hardware description language (Verilog). This objective also implies a verification phase by some simulations of the design and the viability of the integration inside the data acquisition system of the NEXT experiment.