Sistema de adquisición de datos para la extensión “Amiga” del observatorio Pierre Auger

Abstract

The present thesis focuses around the design and implementation of the system of acquisition of data from a prototype muon detector called BATATA [x] (Buried Array Telescope at Auger) that will be installed as part of the extension called AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array) [xi]. AMIGA is currently under construction for the Pierre Auger Sur Observatory. This data acquisition system is based on the use of FPGA-type programmable electronics (Field Programmable Gate Array). The resulting secondary particles in the cascade can be categorized into three components: electromagnetic, hadronic and muonic. With this detector it is intended to measure the muon component of the extended cascades, this information will improve the determination of the energy of the particle subatomic origin from outer space and will play a determining role in the measurement of the composition of the primary particles. The BATATA detector will consist of 3 parallel X-Y planes placed at different depths of the floor, each with 100 blinking strips whose light signals will be converted into electrical pulses using 8x8-channel multi-mode photomultipliers, Hamamatsu M64 [xii]. The quality of this detector is its processing speed since its acquisition system will be capable of reading the status of all 300 channels at sampling intervals of 5 nanoseconds. The system of acquisition of sweet potato consists mainly of three phases: the first is the front detector electronics, which has the function of converting the electrical pulses from the photomultipliers to digital pulses. The second phase is formed by the group of FPGA cards and the computer that perform the reading and processing of all the digital pulses.

La presente tesis se centra alrededor del diseño e implementación del sistema de adquisición de datos de un prototipo de detector de muones llamado BATATA [x] (Buried Array Telescope at Auger) que se instalará como parte de la extensión denominada AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array) [xi]. AMIGA está actualmente en etapa de construcción para el Observatorio Pierre Auger Sur. Este sistema de adquisición de datos se basa en el uso de electrónica programable del tipo FPGA (Field Programmable Gate Array). Las partículas secundarias resultantes en la cascada se pueden catalogar en tres componentes: electromagnética, hadrónica y muónica. Con este detector se pretende medir la componente muónica de las cascadas extendidas, esta información mejorará la determinación de la energía de la partícula subatómica primaria proveniente del espacio exterior y jugará un papel determinante en la medición de la composición de las partículas primarias. El detector BATATA constará de 3 planos X-Y paralelos colocados a diferentes profundidades del suelo, cada uno con 100 tiras centelladoras cuyas señales de luz se convertirán en pulsos eléctricos mediante fotomultiplicadores de multiánodo de 8x8 canales, Hamamatsu M64 [xii]. La cualidad sobresaliente de este detector es su velocidad de procesamiento ya que su sistema de adquisición será capaz de leer el estado de todos los 300 canales en intervalos de muestreo de 5 nanosegundos. El sistema de adquisición de batata consta fundamentalmente de tres fases: la primera es la electrónica frontal del detector, la cual tiene como función convertir los pulsos eléctricos provenientes de los fotomultiplicadores a pulsos digitales. La segunda fase está conformada por el grupo de tarjetas FPGA ?s y la computadora que realizan la lectura y procesamiento de todos los pulsos digitales.