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Sistema de Adquisicion de Datos parala Caracterizacion de

Fotomultiplicadores paraExperimentos de Altas Energıas

Por

Mauro Javier Bonilla Rosales

Presentado como requisito parcial para la obtencion delgrado de:

MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD ENASTROFISICA

en el

Instituto Nacional de AstrofısicaOptica y ElectronicaEnero 2013

Tonantzintla, Puebla

Supervisada por:

Dra. Esperanza Carrasco Licea

Dr. Ibrahim Torres Aguilar

c©INAOE 2013El autor otorga al INAOE el permiso de reproducir copias

totales o parciales de esta tesis.

”No basta saber,

se debe tambien aplicar.

No es suficiente querer,

se debe tambien hacer.”

Johann Wolfgang Goethe

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Agradecimientos

La culminacion de una etapa de mi vida profesional se ve reflejada en este trabajo de tesis, ya quela elaboracion del proyecto ha llevado tiempo de preparacion y aprendizaje. Pero en este proceso no heestado solo ya que ha habido muchas personas e instituciones que han estado apoyandome. Personasque me han brindado apoyo economico, personas que han compartido su conocimiento, personas queme han orientado en los diferentes pasos de mi vida, personas que me han apoyado y han estado ahı parami.

Una institucion con la que estoy inmensamente agradecido es el Instituto Nacional de Astrofısica,Optica y Electronica, que nos apoya es diversas formas a los estudiantes para poder llevar a cabonuestros estudios y poder culminarlos.

Un agradecimiento muy especial a Conacyt que es una institucion que se preocupa por el avance dela tecnologıa y la formacion academica de individuos que puedan aportar algo a la sociedad y al vastoconocimiento humano. Gracias a su apoyo por medio de becas hacen gran diferencia en la formacionde personas mejor capacitadas.

A las primeras personas que quisiera agradecer es a toda mi familia ya que ellos han estado para midesde el principio de la maestrıa, me han ayudado de diversas formas y han sido un apoyo incondicional.Sin ellos el flujo de sucesos en mi vida no serıa el mismo en esta etapa tan importante.

Ademas de mi familia quiero agradecer a las personas que influyen en mi vida personal ya que todoforma parte de la formacion de un individuo, cada aspecto ha sido labrado por tantas personas. Enespecial a la persona que alegra cada unos de mis dıas, que su calidez y apoyo impulsa mi trabajo dıaa dıa, brindando las fuerzas para seguir adelante e ir superando mis propias expectativas.

Tambien quisiera agradecer a los profesores que me han brindado las herramientas necesarias paraabrirme paso en los estudios y llegar a esta etapa. Sobre todo a mis asesores la Dra. Esperanza CarrascoLicea, el Dr. Ibrahim Torres Aguilar y el Dr. Eduardo Moreno Barbosa, ellos me han guiado y compartidosu experiencia y conocimiento en el desarrollo de mi proyecto de tesis. Tambien al Dr. Andreas Tepesy el Dr. Ignacio Taboada que me apoyaron durante mi estancia en Georgia Institute of Technology enAtlanta, Georgia. Cada uno ha colaborado de manera muy importante en mi formacion y al desarrollode mi tesis. A todas estas personas que han tenido la paciencia y la virtud de ensenarme y ayudarmeen mi formacion academica se que sin ellos nada de esto serıa posible y se los agradezco.

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Para finalizar agradezco a mis companeros, ya que no solo han estado ahı para apoyarme, si no escualquier cuestion ellos brindan tambien la experiencia que han ido adquiriendo y la comparten sindudarlo. Gracias a todos los que han sido parte importante para terminar mi proyecto de tesis.

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Resumen

Los tubos fotomultiplicadores son sensores usados en los observatorios de rayos gamma debido asu alta sensibilidad y respuesta temporal de unos cuantos nanosegundos. Para experimentos de altasenergıas siguen siendo ampliamente utilizados. Los fotomultiplicadores necesitan ser calibrados y puestosa trabajar con la misma sensibilidad, para ello se han utilizado sistemas de caracterizacion elaboradospor los grupos de trabajo donde ocupan este tipo de sensores.

El desarrollo de un sistema de caracterizacion de fotomultiplicadores ha surgido de la reciente necesi-dad de contar con un sistema eficiente y confiable para determinar las caracterısticas de los tubosfotomultiplicadores. Debido a que actualmente en el mundo se estan llevando a cabo importantes ex-perimentos para la deteccion de partıculas de altas energıas. Mexico no es la excepcion ya que en elestado de Puebla se estan construyendo dos observatorios y el Instituto Nacional de Astrofısica, Opti-ca y Electronica (INAOE) es una de las instituciones lıder para su desarrollo. Los observatorios que seesta construyendo son High Altitude Water Cherenkov (HAWC) y Large Aperture GRB Observatory (LA-GO). Ambos son observatorios con detectores Cherenkov de agua. Por un lado HAWC es un observatoriode rayos gamma (γ) de gran apertura capaz de monitorear el cielo en el rango de energıas de 100 GeVa 100 TeV. LAGO, una colaboracion de instituciones latinoamericanas, busca detectar Gamma RayBursts (GRBs). El sitio elegido para instalar ambos observatorios es Sierra Negra con una diferencia dealtura de unos cientos de metros.

Para la creacion del sistema de caracterizacion se utilizo una electronica con dispositivos modularesque utiliza un sistema de comunicacion que favorece la transferencia de datos de manera eficiente yrapida, por medio de protocolo de comunicacion VERSA Module Eurocard (VME). Los dispositivosutilizados son una fuente de alto voltaje, un tarjeta digitalizadora, un puente de USB y la caja dondevan todos los dispositivos. Para realizar la adquisicion de datos y la configuracion de los modulos sedesarrollo un programa en C++, ademas se creo otro programa para la traduccion a datos de carga,amplitud maxima y tiempos que tarda la senal en llegar al 50 % y 90 % de la carga total.

El sistema brinda las caracterısticas del tubo fotomultiplicador sobre linealidad, corriente oscura,respuesta a un fotoelectron y ganancia. Por lo que los tubos que se piensan usar en el experimentoLAGO podrıan ser calibrados y establecer el rango de ganancia para tener la misma sensibilidad pormedio del sistema de caracterizacion de una manera eficiente y rapida. Ademas podrıa usarse paraalgunos tubos fotomultiplicadores de HAWC.

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Abstract

The photomultiplier tubes are sensors used in gamma ray observatories due to its high sensitivityand response time of a few nanoseconds. For high-energy experiments are still widely used. The pho-tomultipliers need to be calibrated and set to work with the same sensitivity, for this reason have beendeveloped characterization systems by the working groups which occupy this kind of sensors.

The photomultipliers characterization system has been thought from the increasing need to have amore efficient and reliable system for data collection to characterize fotomultiplicadore tubes. This isbecause the world is currently being conducted important experiments for the detection of high energyparticles. Mexico is no exception, in the state of Puebla are building two observatories and the INAOEis one of the leading institutions for their development. The observatories are being built HAWC andLAGO. Both are observatories work with water Cherenkov detectors. HAWC is a large aperture gammaray observatory (γ) capable of monitoring the sky in the energy range from 100 GeV to 100 TeV. LAGOis a collaboration of latinamerican institutions, seeks to detect GRBs. The site chosen to install bothobservatories of each project is Sierra Negra with height difference of a few hundred meters.

For the creation of the system is used a modular electronic devices using a communication protocolthat benefit the data transfer efficiently and quickly through VME bus also the devices can work withfew nanoseconds signals. The devices used are high voltage source, a digitizer card, a USB bridge and acrate where all the devices are installed. The devices used are a high voltage source, a digitizing card, abridge USB and the box where all the devices. For data acquisition and configuration of the modules, aprogram was developed in C + +, also another program was created to translate data charge, maximumamplitude and time that takes the signal to reach 50 % and 90 % total charge.

The system provides the characteristics of the photomultiplier tube on linearity, dark current, aphotoelectron response and gain. So you think the tubes used in the experiment LAGO could becalibrated and set the gain range to have the same sensitivity through characterization system efficientlyand quickly. It could also be used for some HAWC PMTs.

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Indice General

Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

Indice de Figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi

Indice de Tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii

Acronimos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii

1. Introduccion 11.1. Rayos gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Rayos cosmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3. Cascadas atmosfericas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4. Luz Cherenkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5. Detectores de agua Cherenkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.5.1. MILAGRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.5.2. HAWC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.5.3. LAGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. Tubos Fotomultiplicadores 82.1. Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1.1. Efecto fotoelectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.2. Emision secundaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2. Dispositivos perifericos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.1. Fuente de alto voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.2. Circuito divisor de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.3. Caja de aislamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3. Metodos de operacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.4. Caracterısticas del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.4.1. Linealidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

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2.4.2. Uniformidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4.3. Estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4.4. Ganancia del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4.5. Corriente Oscura del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.4.6. Relacion senal a ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.4.7. Tiempos caracterısticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.4.8. Area sensible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.4.9. Factores ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.4.9.1. Exposicion a la luz ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.9.2. Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.9.3. Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.4.9.4. Campos magneticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3. Construccion del Sistema 213.1. Sistema de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2. Hardware del sistema VME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2.1. Caja VME y mecanica de los modulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.2.2. Puente USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2.3. Tarjeta Digitalizadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.2.4. Fuentes de alto voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.2.5. Generador de funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.2.6. Caja de aislamiento de luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.2.7. Acoplamiento del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3. Software del sistema VME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.3.1. Adquisicion de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.3.1.1. Configuracion de dispositivos VME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3.1.1.1. Configuracion del puente USB . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3.1.1.2. Configuracion de la tarjeta digitalizadora y adquisicion de datos 363.3.1.1.3. Configuracion de la fuente de alto voltaje . . . . . . . . . . . 41

3.3.1.2. Almacenamiento de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.3.2. Traduccion de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.3.2.1. Archivo de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.3.2.2. Pedestal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.3.2.3. Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.3.2.4. Amplitud maxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.3.2.5. Voltaje mınimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.3.2.6. Tiempo t-50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.3.2.7. Tiempo t-90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4. Pruebas y Resultados 624.1. Calibracion de los dispositivos VME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.1.1. Pruebas de calibracion para la tarjeta digitalizadora . . . . . . . . . . . . . . . . 624.1.2. Pruebas de calibracion para la fuente de alto voltaje . . . . . . . . . . . . . . . 67

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4.2. Caracterizacion de un PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.2.1. Corriente oscura del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.2.2. Linealidad del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.2.3. Respuesta de un PMT a un fotoelectron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.2.4. Ganancia del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5. Conclusiones 865.1. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875.2. Trabajo a futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

A. Codigo de Adquisicion 89

B. Codigo de Procesado 100

C. Hoja de datos del PMT 104

Bibliografıa 107

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Indice de Figuras

2.1. Esquema de un Fotomultiplicador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2. Efecto Fotoelectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.3. Emision Secundaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.4. Metodo de Operacion Basico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.5. Circuito Divisor de Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.6. Niveles de Luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.7. Metodo DC de Deteccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.8. Metodo AC de Deteccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.9. Metodo de Conteo de Fotones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.10. Ejemplo de relacion senal a ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.11. Definicion de Tiempos Caracterısticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1. Diagrama a Bloques del Sistema de Referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.2. Generador de Funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3. Osciloscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.4. Fuente de Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.5. Sistema de Caracterizacion de Fotomultiplicadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.6. Programa de Adquisicion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.7. Primer Archivo de Datos en ASCII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.8. Programa para la Traduccion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.9. MiniCrate VME8004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.10. Sistema Modular VME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.11. Modulo VME: puente USB V1718 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.12. Modulo VME: tarjeta digitalizadora V1751 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.13. Modulo VME: fuente de alto voltaje V6533 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.14. Generador de Funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.15. Interior de la Caja de Aislamiento de Luz Ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.16. Diagrama a Bloques del Sistema de Caracterizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.17. Tubo Fotomultiplicador en el Sistema de Caracterizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.18. Diagrama de Flujo para la Adquisicion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.19. Diagrama de Flujo para la Configuracion de la Tarjeta Digitalizadora . . . . . . . . . . 403.20. Diagrama de Flujo para la Adquisicion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.21. Diagrama de Flujo para la Configuracion de la Fuente de Voltaje . . . . . . . . . . . . 443.22. Diagrama de Flujo para Almacenamiento de los Datos de Voltaje . . . . . . . . . . . . 45

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3.23. Diagrama de Flujo para la Traduccion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.24. Diagrama de Flujo para la Traduccion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.25. Diagrama de Flujo para Obtener el Valor de Ruido o Pedestal . . . . . . . . . . . . . . 503.26. Diagrama de Flujo para Obtener la Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.27. Diagrama de Flujo para Obtener el Valor de Amplitud Maxima Alcanzada . . . . . . . . 543.28. Diagrama de Flujo para Obtener el Valor de Voltaje Mınimo . . . . . . . . . . . . . . . 563.29. Diagrama de Flujo para Obtener t-50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.30. Diagrama de Flujo para Obtener t-90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1. Histogramas de Estabilidad con el Sistema VME. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64(a). Histograma de Carga con el Sistema VME. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64(b). Histograma de Voltajes Maximos con el Sistema VME. . . . . . . . . . . . . . . . 64(c). Histograma de Voltajes Mınimos con el Sistema VME. . . . . . . . . . . . . . . . 64(d). Histograma de T1/2 con el Sistema VME. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.2. Histogramas de Comparacion con el Sistema de Referencia. . . . . . . . . . . . . . . . 65(a). Histograma de Carga con el Sistema de Referencia. . . . . . . . . . . . . . . . . 65(b). Histograma de Voltajes Maximos con el Sistema de Referencia. . . . . . . . . . . 65(c). Histograma de Voltajes Mınimos con el Sistema de Referencia. . . . . . . . . . . 65(d). Histograma de T1/2 con el Sistema de Referencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.3. Histogramas de Comparacion entre Sistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66(a). Histograma de Comparacion para la Carga con Ambos Sistemas. . . . . . . . . . 66(b). Histograma de Comparacion para el Voltaje Maximo con Ambos Sistemas. . . . . 66(c). Histograma de Comparacion para el Voltaje Mınimo con Ambos Sistemas. . . . . 66(d). Histograma de Comparacion para t1/2 con Ambos Sistemas. . . . . . . . . . . . 66

4.4. Exactitud de las Fuentes de Alto Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69(a). Canal 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69(b). Canal 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69(c). Canal 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69(d). Canal 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69(e). Canal 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69(f). Canal 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.5. Dependencia entre Canales de Alto Voltaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72(a). Canal 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72(b). Canal 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72(c). Canal 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72(d). Canal 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72(e). Canal 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72(f). Canal 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.6. Error por canal de alto voltaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.7. Arreglo Experimental para la Prueba de Corriente Oscura del PMT. . . . . . . . . . . . 754.8. Histograma de Corriente Oscura del PMT para 1500 Volts . . . . . . . . . . . . . . . . 764.9. Variacion de la Corriente Oscura del PMT Dada por la Carga con Respecto al Voltaje

de Alimentacion del PMT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

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(a). Variacion de la corriente oscura del PMT dada por la carga con respecto al voltajede alimentacion del PMT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

(b). Variacion de la corriente oscura del PMT dada por la carga con respecto al voltajede alimentacion del PMT con su respectivo ajuste. . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.10. Arreglo Experimental para la Prueba de Linealidad del PMT. . . . . . . . . . . . . . . . 784.11. Histograma de Linealidad para 1500 Volts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.12. Graficas de Linealidad del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

(a). Variacion de la carga con respecto al voltaje de alimentacion del PMT para obteneruna curva de linealidad del PMT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

(b). Variacion de la carga con respecto al voltaje de alimentacion del PMT para obteneruna curva de linealidad del PMT, se puede ver su ajuste para encontrar una rectao region lineal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.13. Arreglo Experimental para la Respuesta del PMT a un Fotoeletron. . . . . . . . . . . . 814.14. Histograma para la Respuesta del PMT a un Fotoelectron . . . . . . . . . . . . . . . . 82

(a). Voltaje de Alimentacion del PMT de 1650 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82(b). Voltaje de Alimentacion del PMT de 1600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82(c). Voltaje de Alimentacion del PMT de 1550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82(d). Voltaje de Alimentacion del PMT de 1500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.15. Curva para la Respuesta del PMT a un Fotoelectron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83(a). Respuesta del PMT a un fotoelectron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83(b). Respuesta del PMT a un fotoelectron ajustando una lınea recta . . . . . . . . . 83

4.16. Curva de Ganancia del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84(a). Curva de ganancia del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84(b). Curva de ganancia del PMT ajustando una lınea recta. . . . . . . . . . . . . . . . 84

xi

Indice de Tablas

4.1. Datos de Calibracion del Photomultiplier Tube (PMT) con el Sistema VME . . . . . . . 634.2. Datos de Calibracion del PMT con el sistema de Referencia . . . . . . . . . . . . . . . 634.3. Calibracion de la Fuente de Alto Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.4. Prueba de Dependencia entre los Canales de Alto Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . 714.5. Pruebas de Correlacion de Temperatura de la Fuente de Alto Voltaje . . . . . . . . . . 734.6. Tabla de Corriente Oscura del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.7. Tabla de Linealidad del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.8. Tabla de Datos para la Respuesta del PMT a un Fotoelectron . . . . . . . . . . . . . . 834.9. Tabla de Ganancia del PMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.1. Comparacion de Tiempos de Caracterizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

xii

Acronimos

AC Alternating Current

ADC Analog to Digital Converter

ASCII American Standard Code for Information Interchange

BUAP Benemerita Universidad Autonoma de Puebla

DAC Digital to Analog Converter

DC Direct Current

FPGA Field-Programmable Gate Array

GPIB General Purpose Instrumentation Bus

GRB Gamma Ray Burst

GTM Gran Telescopio Milimetrico Alfonso Serrano

HAWC High Altitude Water Cherenkov

INAOE Instituto Nacional de Astrofısica, Optica y Electronica

LAGO Large Aperture GRB Observatory

LAN Local Area Network

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emitting Diode

MILAGRO Multiple Institution Los Alamos Gamma Ray Observatory

NIM Nuclear Instrumentation Module

PMT Photomultiplier Tube

RAM Random Access Memory

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RMS Root Mean Square

SHV Safe High Voltage

SRAM Static Random-Access Memory

TTL Transistor-Transistor Logic

USB Universal Serial Bus

VME VERSA Module Eurocard

WCD Water Cherenkov Detector

xiv

Capítulo 1. Introducción

1.1. Rayos gamma

Las ondas de radio, la luz visible y los rayos X y gamma son distintas manifestaciones de un mismofenomeno: las ondas electromagneticas o fotones. Lo que las diferencia es su longitud de onda o,equivalentemente, la energıa del foton en cuestion. Ası, la luz visible corresponde a fotones de entre2 eV -luz roja- y 3 eV para la luz violeta. La luz ultravioleta es mas danina para los organismos yaque sus fotones pueden tener una energıa de 10 eV. Los rayos X tienen energıas de centenares o milesde eV, y traspasan la piel y materiales delgados sin mayor dificultad. Los rayos γ son los fotones demayor energıa, y en particular HAWC* estudiara el cielo detectando fotones con energıas de 100 GeV omayores. Solo los fenomenos mas violentos del Universo pueden producir este tipo de radiacion.

1.2. Rayos cosmicos

En 1912 Victor Hess descubrio que la Tierra es literalmente bombardeada por radiacion provenientedel espacio, la cual no llega hasta nosotros al ser absorbida por la atmosfera. En los anos posteriores sedemostro que esta radiacion, denominada ”rayos cosmicos”, esta constituida por partıculas cargadas,en su mayorıa protones y nucleos atomicos, de muy alta energıa. Los rayos cosmicos tienen energıasenormes, desde algunos GeV hasta centenares de EeV . Los rayos cosmicos ultra-energeticos son millonesde veces mas energeticos que las partıculas producidas por lo grandes aceleradores creados por el hombre(INAOE, 2011).

Siendo partıculas cargadas, al propagarse por el espacio son desviadas por campos magneticos enla Galaxia, de manera que su direccion de arribo no corresponde con el objeto de origen. A casi unsiglo de su descubrimiento, el origen de los rayos cosmicos sigue siendo uno de los mayores enigmasde la astrofısica. Una de las llaves para resolver este misterio son las fuentes celestes de rayos γ. Laproduccion de rayos γ requiere de partıculas cargadas de alta energıa, por lo que las fuentes celestes derayos γ deben coincidir con las fuentes de los rayos cosmicos.

*Por sus siglas en ingles: High Altitude Water Cherenkov. Es un observatorio de rayos gamma.

1

CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.3. CASCADAS ATMOSFERICAS

1.3. Cascadas atmosfericas

Los rayos cosmicos y los rayos γ son absorbidos por la atmosfera terrestre, por lo que su estudio serealiza en parte desde el espacio. Sin embargo, las partıculas y fotones mas energeticos depositan unacantidad tal de energıa (comparable a un ergio) que es posible detectarlas y medirlas desde la superficie.A una altura de unos 20 km los fotones se convierten en un electron y un positron (γ → e− + e+), loscuales penetran unos 3 km mas adentro antes de emitir un foton cada uno (e− → e− + γ). A ese nivella energıa del rayo γ original se ha repartido entre cuatro partıculas, las cuales se iran multiplicandosiguiendo los mismos procesos. El aumento en la densidad del aire al penetrar la atmosfera, provocaque estas reacciones se den despues de recorrer distancias cada vez menores, de manera a que a los 8km de altura hay mas de mil partıculas, y un millon a 2700 metros de altura. Estas partıculas formanlo que se denomina una cascada atmosferica, o cascada electromagnetica (INAOE, 2011).

Los rayos cosmicos generan tambien cascadas atmosfericas, pero de un tipo distinto, denominadocascada hadronicas. Los rayos cosmicos son en su mayorıa protones, los cuales se clasifican comohadrones, siendo un hadron una partıcula formada por quarks. Los protones de alta energıa tienenreacciones mas complicadas en la atmosfera. Al chocar con un nucleo atmosferico, nitrogeno u oxıgeno,producen piones neutros y cargados, los piones son partıculas de la familia de los mesones, y estos sonhadrones formados por dos quarks. Los piones son partıculas muy inestables que rapidamente dan lugara partıculas mas estables. Los piones cargados (π−, π+) producen muones y electrones, mientras quelos piones neutros dan lugar a fotones (π0 → γ + γ), por lo que las cascadas hadronicas contienen unamayor variedad de partıculas que las electromagneticas.

Las cascadas atmosfericas se desarrollan hasta que las partıculas de la misma no tienen la energıasuficiente para producir las reacciones necesarias, lo cual sucede a unas decenas de MeV. Si la cascadafue originada por un foton de 1 TeV la cascada dejara de crecer a unos 5 o 6 km de altura, puntodonde alcanza su desarrollo maximo. Las cascadas tienen tambien un desarrollo lateral, de manera quelas partıculas de la misma caen en una zona con dimensiones de unos cientos de metros, dependiendode la energıa del rayo γ o cosmico original (INAOE, 2011).

1.4. Luz Cherenkov

La velocidad de la luz en el vacıo es c = 299 792 458 m/s. Esta velocidad representa un lımite develocidad universal, el cual no puede ser superado o alcanzado por un partıcula con masa. Los rayoscosmicos son las partıculas que mas se aproximan a este lımite: un proton de 1 TeV viaja a 299 792 194m/s, esto es el 99.99991194 % de la velocidad de la luz, mientras que un electron de misma energıaviaja a 299 792 457.9999... m/s, esto es equivalente al 99.999999... %. Por otro lado resulta que la luzen un medio se propaga mas lento que en el vacıo, de acuerdo a la formula v = c

n, donde n es el ındice

de refraccion del medio, de manera que la velocidad de la luz en el aire (n = 1.0003) es de alrededorde 299 700 000 m/s, mientras que en el agua n = 1.33 y la velocidad de la luz es de 225 400 000 m/s.Se da la situacion de que los rayos cosmicos y muchas de las partıculas de una cascada atmosferica sepropagan mas rapido que la luz en el aire.

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CAPITULO 1. INTRODUCCION 1.5. DETECTORES DE AGUA CHERENKOV

En 1934 Pavel Alekseyevich Cherenkov observo que el paso de partıculas cargadas por un materialdielectrico producıa radiacion. Estudios posteriores mostraron que esta radiacion es generada por el pasode partıculas de muy alta energıa que se propagan por el medio a una velocidad mayor que la velocidadde la luz en el mismo, generando un frente de fotones causado por la polarizacion y despolarizacion delas moleculas allı presentes. La radiacion Cherenkov se propaga formando un cono de luz que va detrasde la partıcula. La condicion para que este frente de fotones sea observable es que debe estar en fasecon los fotones emitidos por el paso de la partıcula. Esta condicion se expresa en funcion del angulo deemision α, de la siguiente forma (INAOE, 2011):

cosαc =1

β√ε(ω)

Donde ε(ω) es la constante dielectrica del medio, ω es la frecuencia de oscilacion de las moleculasdel medio y β la velocidad de la partıcula. De esta ultima expresion tenemos que existen dos lımites, ocondiciones, para que una partıcula cargada produzca radiacion Cherenkov: βmin = 1/

√ε(ω) y βmax = 1.

La dependencia de ε con ω restringe la radiacion Cherenkov emitida a un ancho de banda debido aparametros fısicos como frecuencias de resonancias y absorcion del medio.

1.5. Detectores de agua Cherenkov

Los observatorios Cherenkov de agua, como MILAGRO*, LAGO** y HAWC, se basan en la deteccion dela luz Cherenkov producida por las partıculas de la cascada atmosferica al entrar al agua. Son grandesdepositos de agua, aislados de la luz ambiental y dotados de numerosos tubos fotomultiplicadores,capaces de detectar intensidades muy bajas de luz de hasta un foton. Tienen la ventaja de poder operarlas 24 horas del dıa, sin interrupcion por las condiciones de luz o de clima. Son capaces de detectarrayos γ de cualquier direccion dentro de un cono de unos 45 grados de apertura con respecto a lavertical, correspondiente a un 15 % del cielo. Y al ir rotando la boveda celeste cambia la region del cieloaccesible al observatorio, de manera que despues de un dıa (sideral) el instrumento ha observado dostercios del cielo. Esto se repite cada dıa, acumulandose los datos constantemente, de manera que lograuna exposicion profunda de un porcion importante del cielo despues de varios anos (INAOE, 2011).

El alto ındice de refraccion del agua garantiza que practicamente todas las partıculas de la cascadaemiten este tipo de luz. El agua debe ser transparente para que la luz Cherenkov no se pierda antes dellegar a los tubos fotomultiplicadores.

Los detectores de rayos γ requieren distinguir estos de los rayos cosmicos, los cuales forman unaespecie de ruido de fondo ante el cual requerimos ver la senal de la fuente celeste. Por ello es im-portante poder diferenciar entre los dos tipos de cascadas. La discriminacion entre cascadas electro-magneticas y hadronicas se hace mediante la deteccion de muones, presentes mayormente en las cascadashadronicas y el reconocimiento de patrones, siendo las cascadas hadronicas mas disgregadas que las

*Por sus siglas en ingles: Multiple Institution Los Alamos Gamma Ray Observatory.**Por sus siglas en ingles: Large Aperture GRB Observatory.

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electromagneticas. Cada fotomultiplicador se aısla de los demas, ya sea mediante cortinas o poniendo-los en tanques individuales, de manera que un electron solo ”ilumina” un tubo fotomultiplicador. Losmuones son partıculas mucho mas penetrantes, capaces de ”iluminar” varias celdas contiguas, lo cualprovee un metodo de diferenciar entre cascadas electromagneticas y hadronicas.

Un WCD* es un dispositivo que usa el principio de radiacion Cherenkov para detectar la traza departıculas secundarias generadas en una cascada aerea extensa que atraviesan un tanque con aguapurificada. Esta compuesto de:

Tanque

Electronica

Tanque

El tanque es un recipiente capaz de contener agua y que consta de las siguientes partes:

Difusor interno: en algunos experimentos se usa un difusor interno que es un material sinteticohecho de fibras de polietileno de alta densidad que garantiza un alto porcentaje de difusiony reflectividad. Se ubica dentro de tanque en contacto directo con el agua. Este material sedenomina Tyvek R©10.

Aislante fotonico: material hecho en polietileno de alta densidad, se ubica dentro y fuera deltanque evitando el ingreso de radiacion de baja energıa principalmente de origen solar.

Agua: debe tener un coeficiente de absorcion bajo para garantizar la libre propagacion de losfotones dentro del tanque.

Electronica

La electronica que utiliza un WCD se compone de:

Tubo fotomultiplicador: es un dispositivo de alta sensibilidad espectral que usa el principio fo-toelectrico para generar un flujo de corriente en funcion de un numero de fotones incidentes en el.Consta de un fotocatodo donde se producen electrones que se aceleran por una serie de electro-dos, o dınodos, conectados a una serie de diferencias de potencial en cascada. Estos electrones,al llegar al ultimo dınodo denominado anodo, se convierte en un pulso de voltaje.

Un PMT ** se caracteriza por tener las siguientes regiones de trabajo: lineal, estable y exponencial.Estas regiones surgen por la forma en que los electrones son desprendidos de las moleculas quecomponen los electrodos. A medida que se aumenta el voltaje, los electrones de valencia de loselectrodos son acelerados, generando un flujo de corriente de forma lineal, en relacion con elaumento de voltaje; despues de cierto voltaje no es posible desprender mas electrones, llegando a

*Por sus siglas en ingles: Water Cherenkov Detector**Por sus siglas en ingles: Photomultiplier Tube

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una region donde el flujo de electrones permanece constante al aumento de voltaje. Esta regionse conoce como region estable de trabajo. Si el voltaje sigue aumentando los electrones de lascapas mas internas son desprendidos y dan lugar a una region de flujo exponencial de corriente.

La Estacion Local: es un dispositivo electronico alimentado por una fuente de 12 voltios quepermite, por una parte, controlar el PMT y por otra adquirir, digitalizar y enviar a un computadorlas senales producidas en el tanque. Esta maneja un protocolo de adquisicion, generalmente seobtienen los siguientes histogramas a partir de un mınimo de energıa o umbral deseado:

* Histograma de Carga: este histograma de carga corresponde al conteo de partıculas enfuncion del area bajo la curva de la senal. Un histograma de carga tıpico muestra el numerode partıculas que han depositado cierta cantidad de carga dentro del tanque.

* Histograma de Voltaje Pico: este histograma corresponde al pico maximo de voltaje de lasenal, mostrando el numero de partıculas en funcion del pico maximo de la senal.

Computadora: esta es usada para la administracion y control de la estacion local y el tubofotomultiplicador. Ademas para el almacenamiento y procesamiento de los datos.

1.5.1. MILAGRO

MILAGRO estaba situado en las montanas Jemez de Nuevo Mexico, a 2650 m de altura, el area quecubrıa corresponde a un rectangulo de 50 por 80 m, con 8 m de profundidad. Ademas del reservorioprincipal, MILAGRO tenıa una serie de tanques auxiliares en su periferia para poder abarcar mejor lascascadas atmosfericas. Despues de 7 anos de operacion los datos de MILAGRO han dado el mapamas extenso del cielo visto en fotones con energıas de alrededor de 1 TeV, descubriendo una regionparticularmente brillante en la constelacion de Cygnus.

1.5.2. HAWC

HAWC es un observatorio de rayos γ de gran apertura capaz de monitorear el cielo en el rangode energıas de 100 GeV a 100 TeV, permitiendo el estudio de fuentes celestes de rayos γ que soninalcanzables con el conjunto actual de instrumentos.

HAWC esta siendo construido por una colaboracion de cientıficos de Mexico y Estados Unidos; entreestas instituciones el Instituto Nacional de Astrofısica, Optica y Electronica (INAOE) es la institucionlıder en Mexico. El lugar donde se esta llevando a cabo este proyecto es Sierra Negra, Mexico, que esta auna altura aproximada de 4100 m situado cerca de las instalaciones del Gran Telescopio MilimetricoAlfonso Serrano (GTM). El observatorio ocupara detectores Cherenkov de agua, como su predecesorMILAGRO, tambien utilizara muchos de los componentes de MILAGRO. Debido al aumento de altitud,la mayor area fısica, y el diseno optimizado, HAWC tendra una mejor resolucion angular, mayor areaefectiva, la disminucion de la energıa umbral de antecedentes y mejor rechazo de hadrones. Estasmejoras se traducira en una sensibilidad de 10-15x mejor que la de MILAGRO y se puede lograr sinnueva tecnologıa, con solo una modesta mejora de la electronica actual. Se han utilizado los datosexistentes de MILAGRO y simulaciones para comprobar estos calculos.

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Algunos de los objetivos y actividades mecionados en INAOE (2011), que se pretenden realizar conHAWC son:

1. Mapear la emision galactica difusa de rayos gamma por encima de 1 TeV y, por tanto, medir elflujo de rayos cosmicos y el espectro en toda la galaxia. Este mapa permitira ver las regiones defuerte emision por encima de lo esperado a partir de interacciones con la materia: indicativo dela aceleracion de rayos cosmicos.

2. HAWC con su resolucion angular y de energıa ademas de mejorar el rechazo de fondo, descubrira lasfuentes de rayos gamma de mas alta energıa en la Galaxia. MILAGRO ya ha observado losrayos gamma de una fuente, MGROJ1908 +06, hasta 90 TeV. La medicion del espectro de altaenergıa de HAWC permitira determinar si estas fuentes son tambien fuentes de los rayos cosmicosgalacticos.

3. Llevar a cabo un mapeo imparcial del cielo con un umbral de deteccion de ∼30 mCrab en dosanos, lo que permite el monitoreo de fuentes conocidas y el descubrimiento de nuevas clases defuentes de rayos gamma, tanto puntuales como difusas en TeV.

4. Con la sensibilidad para detectar un flujo de 5 veces la del Cangrejo en solo 10 minutos a lo largode todo el cielo, HAWC observara destellos de nucleos activos de galaxias que no son observablespor otros instrumentos, incluidos los destellos huerfanos de TeV. Observaciones multi-longitudde onda de destellos de nucleos activos de galaxias, desde radio hasta TeV, probara el medioambiente hasta unos cuantos cientos de UA del agujero negro super-masivo, limitando los modelosde produccion de rayos gamma y la aceleracion de partıculas cargadas.

5. La sensibilidad a bajas energıas del HAWC y su continua operacion son unicos y esenciales paramedir la rapida emision de las explosiones de rayos gamma GRBs. HAWC podra detectar GRBscon un corrimiento al rojo z∼1 si, como se predijo, su fluencia (la tasa a la cual un flujo departıculas cruza una unidad de area) en TeV es comparable a su fluencia en keV, mientras quepara GRBs mas cercanas se pueden detectar fluencias mucho menores.

Detector

HAWC utilizara PMTs de 8” Hamamatsu de MILAGRO, desplegara 3 PMTs de 8” y uno de 10” enun tanque metalico de 5 m de profundidad por 7 m de diametro. Los tanques se desplegaran en undenso patron que proporciona mas del 75 % de cobertura del area instrumentada de 150 m x 150 m. Laspartıculas secundarias, que se producen cuando un rayo gamma de alta energıa incide en la atmosferade la Tierra, iluminan el PMT con la luz Cherenkov que producen. Cuando varios tanques observanla misma cascada electromagnetica, es posible reconstruir la direccion del rayo gamma primario quecauso la cascada.

El rechazo del fondo por HAWC a las mas altas energıas (> 50 TeV) es mas de un orden demagnitud mejor que el de MILAGRO, y permitira una medicion casi libre del fondo. Este rechazo delfondo, combinado con la resolucion de energıa y resolucion angular de HAWC, nos permitira hacer unamedicion precisa, nunca vista, de los rayos gamma de mas alta energıa (INAOE, 2011).

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1.5.3. LAGO

LAGO surge como una contraparte a los extensos y costosos experimentos existentes de rayos cosmi-cos, ası como un complemento o experimento paralelo a los detectores satelitales. Su formula es: cadenade sitios en alta montana + detectores Cherenkov de agua + SPT (Single Particle Technique, simple-mente la idea es contabilizar todas las partıculas que atraviesan los detectores independientemente desi pertenecen a un chubasco) = Deteccion de GRBs en la superficie terrestre. Por ello, actualmenteLAGO contempla los siguientes sitios: Chacaltaya, Bolivia; Pico Espejo, Venezuela; Marcapomacocha,Peru y Sierra Negra, Mexico. A 5300, 4750, 4470 y 4650 m sobre el nivel del mar respectivamente.

LAGO detecta la componente de alta energıa del espectro de emision del GRB, especıficamentealrededor de 100 GeV, puesto que es mas observable esta componente del espectro que la de 1 TeV.En LAGO se propone utilizar detectores Cherenkov de agua por su sensibilidad para detectar fotones,los cuales representan hasta un 90 % de las partıculas secundarias de las mismas cascadas iniciadas porfotones de alta energıa.

La sensibilidad de la electronica juega un papel importante en los tiempos en que ocurre el fenomeno.El tiempo de duracion del GRB vs. respuesta de la electronica, si consideramos que el tiempo tıpicode duracion para GRBs cortos es de medio segundo y de alrededor de 1 minuto para los largos, LAGOtiene ventaja en este aspecto puesto que la electronica funciona a un conteo de partıculas de cada 5ms, aun para los destellos mas cortos, de ∼ 1 s, se tendra una ventana de 100 bines de resolucion.

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Capítulo 2. Tubos Fotomultiplicadores

Un fotomultiplicador es un dispositivo de deteccion de luz que convierten la luz recibida en unasenal electrica medible, despues amplifica la senal a niveles utiles por medio de la emision secundariade fotones. En la emision secundaria se consigue amplificaciones con factores de multiplicacion desde103 hasta 109, que es una ventaja del fotomultiplicador sobre otros detectores luminosos. Ademas, enalgunos fotomultiplicadores se pueden conseguir respuestas con tiempos de subida menores a 1 ns.En la actualidad los fotomultiplicadores son utilizados en varias disciplinas como astronomıa, biologıa,medicina, bioquımica, medio ambiente, fotografıa, en la industria, entre otras.

Los tubos fotomultiplicadores han sido usados desde hace muchos anos para detectar fotones dealtas energıas (rayos x y gamma) y siguen siendo ampliamente utilizados en los experimentos para ladeteccion de altas energıas por medio de radiacion Cherenkov. Algunas de las razones por las cualesson tan usados son:

• Area de sensado grande.

• Excelente desempeno en los tiempos de respuesta.

• Alta ganancia y bajo ruido.

Elementos de un fotomultiplicador:

Fotocatodo: convierte el flujo luminoso en un flujo de electrones que se conocen por fotoelec-trones para remarcar su origen fotoelectrico, en oposicion a los otros electrones que se originanpor emision secundaria en los dınodos. Los catodos usados en los fotomultiplicadores son hechosde un semiconductor fotoemisivo.

Sistema de focalizacion: acelera y dirige los fotoelectrones hacia el multiplicador de electrones.El sistema debe ser capaz de enfocar el maximo numero de electrones sobre el primer dınodosin tener en cuenta la velocidad inicial y en que parte del fotocatodo son originados. Estos dosfactores son importantes para la rapida respuesta en los fotomultiplicadores. La proporcion entreel numero de electrones que alcanzan el area util del primer dınodo y el numero total de electronesemitidos por el catodo es llamada eficiencia de recoleccion. Esta es generalmente superior al 80 %.

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES

- Figura 2.1

Figura 2.1: En el esquema se pueden observar los diferentes elementos que integran un tubo fotomultipli-cador desde la placa frontal que es donde inicia la deteccion de la luz hasta la base que proporciona la senalde salida. Imagen obenida de Hamamatsu Photonics (1998).

Multiplicador de electrones: consiste en electrodos de emision secundaria llamados dınodos,formando una cadena de dınodos, para tener un sistema de amplificacion. Los dınodos del multi-plicador de electrones estan acomodados de tal forma que los campos electricos entre ellos causanque los electrones emitidos por cada dınodo lleguen a golpear los siguientes con la energıa de unoscientos de eV. Como resultado de la emision secundaria, el numero de electrones se incrementade dınodo a dınodo dando la multiplicacion requerida. Si un dınodo i tiene un coeficiente de laemision secundaria δi y una eficiencia de recoleccion ni, la ganancia gi se puede expresar:

gi = δini

Y la ganancia total M del fotomultiplicador es:

M =N∏i=1

gi

donde N es el numero total de etapas. Los factores mas importantes que influyen en la gananciay tiempo de respuesta del multiplicador son los materiales y la geometrıa de los dınodos.

Anodo: colecta el flujo de electrones del multiplicador y produce la senal electrica de salida. Laforma y arreglo de los electrodos en el extremo de salida del multiplicador, anodo o colector,esdiferente al de las etapas intermedias. La geometrıa debe permitir colectar todos los electronessecundarios emitidos por el ultimo dınodo, reducir los efectos espaciales de carga para aseguraruna respuesta lineal y acoplar la impedancia del anodo a la impedancia del conector de salida.

En la figura 2.1 se puede observar el esquema de un tubo fotomultiplicador y las diversas partes quelo componen.

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES 2.1. FUNCIONAMIENTO

2.1. Funcionamiento

Hay dos fenomenos en los que se basa fundamentalmente el funcionamiento y operacion de unfotomultiplicador: el efecto fotoelectrico, que tiene lugar en el fotocatodo del fotomultiplicador y laemision secundaria que tiene lugar en la cadena de dınodos.

Si el numero de fotones que inciden en el primer dınodo es nk, y la ganancia es g1, el numerode electrones secundarios es nkg1, despues si el segundo dınodo tiene una ganancia g2, emite nkg1g2electrones. Este proceso se repite en cada dınodo hasta llegar al anodo. Si N es el numero de dınodos,el numero de electrones colectados por el anodo es:

na = nk

N∏i=1

gi

2.1.1. Efecto fotoelectrico

La fotoemision, que esta representada en la figura 2.2, es el proceso en el que un foton es capazde arrancar un fotoelectron del material que lo absorbe y se pueden distinguir 3 etapas (Flyckt andMarmonier, 2002).

Los fotones absorbidos proporcionan energıa a los electrones del material.

Los electrones energizados se difunden a traves del material, perdiendo parte de su energıa.

Los electrones llegan a la superficie con un exceso de energıa suficiente para escapar de esta.

No todos los fotones incidentes sobre el material fotoemisivo causan este efecto. A la proporcion delnumero de electrones emitidos entre el numero de fotones incidentes es llamada eficiencia cuantica.Esta siempre es menor a la unidad por la perdida de energıa en el proceso de fotoemision. La eficienciacuantica es funcion de la longitud de onda de la luz incidente, composicion y espesor del material.

2.1.2. Emision secundaria

Al igual que en el caso de la fotoemision se pueden distinguir 3 etapas en la emision secundaria quese muestra en la figura 2.3:

Los electrones primarios absorbidos proporcionan energıa a los electrones del material.

Los electrones energizados se difunden a traves del material.

Los electrones alcanzan la superficie con el suficiente exceso de energıa para escapar al vacıo.

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES 2.1. FUNCIONAMIENTO

- Figura 2.2

Figura 2.2: Al incidir un foton en una placa de material fotosensible se proporciona la energıa suficientepara que algun electron se difunda a traves del material y escape de este. Imagen obtenida de Flyckt andMarmonier (2002)

- Figura 2.3

Figura 2.3: Al incidir un electron primario con suficiente energıa en alguna superficie induce la emisionde electrones secundarios. Imagen obtenida de Hamamatsu Photonics (1998).

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES 2.2. DISPOSITIVOS PERIFERICOS

- Figura 2.4

Figura 2.4: En el esquema se observan los elementos necesarios para tener operando un fotomultiplicador,entre estos componentes se encuentran la caja de aislamiento, la fuente de alto voltaje, el circuito divisor devoltaje y el circuito de deteccion de senal. Imagen obtenida de Hamamatsu Photonics (1998).

2.2. Dispositivos perifericos

Los tubos fotomultiplicadores requieren una fuente estable de alto voltaje, un circuito divisor devoltaje que se encargue de distribuir este voltaje de manera optima en cada uno de los dınodos y unelemento para aislar el PMT de la luz como se puede ver en la figura 2.4.

2.2.1. Fuente de alto voltaje

Los tubos fotomultiplicadores ocupan una fuente de alto voltaje ya sea positivo o negativo. Como laganancia del PMT es extremadamente alta, con valores que van desde 103 hasta 108, es muy susceptiblea variaciones que se den en la fuente de alimentacion. Si la estabilidad de la salida del fotomultiplicadorquiere ser mantenida dentro del 1 %, la fuente de alto voltaje debe tener una estabilidad que este dentrodel 0.1 %.

2.2.2. Circuito divisor de voltaje

El voltaje de alimentacion debe ser distribuido en cada uno de los dınodos. Para este proposito seusa generalmente un circuito divisor de voltaje (figura 2.5) y proporcionar un gradiente de voltaje entrecada dınodo.

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES 2.3. METODOS DE OPERACION

- Figura 2.5

Figura 2.5: El circuito de divisor distribuye el voltaje en cada uno de los dınodos. Imagen obtenida deFlyckt and Marmonier (2002).

- Figura 2.6

Figura 2.6: La imagen muestra una definicion grafica de los niveles de luz. En un alto nivel se tiene lallegada de muchos fotones que coinciden y se superponen dando como resultado una senal de DC. A nivelesbajos la cantidad de fotones es mucho menor pero aun ası no es posible distinguir cada foton de maneraindependiente. A un nivel muy bajo de entrada de luz se puede distinguir cada foton en la senal. Imagenobtenida de Hamamatsu Photonics (1998).

2.2.3. Caja de aislamiento

Dado que los PMTs tienen una sensibilidad muy alta, pueden detectar luz parasita que no correspondea la que se desea medir. Esto disminuye la relacion senal a ruido, ası que se ocupa una caja de aislamientopara la luz externa. Dependiendo de las necesidades o condiciones esta caja de aislamiento tambienpuede tener blindaje contra campos magneticos o mantener una temperatura constante y baja para unfuncionamiento mas estable del tubo fotomultiplicador.

2.3. Metodos de operacion

La salida de un tubo fotomultiplicador puede ser procesada electricamente como una fuente de corri-ente constante. Aunque, es mejor conectarlo con algun esquema de acuerdo a los metodos de operacion,

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES 2.3. METODOS DE OPERACION

- Figura 2.7

Figura 2.7: Metodo DC de deteccion. La luz de entrada llega como si fuera una senal directa ya que sesobreponen las senales de los pulsos por la gran cantidad que llega, detecta los componentes DC en la salidadel fotomultiplicador. La senal es amplificada y pasa por un filtro pasa bajas para al final usar un ADC parapoder leer la senal de salida del fotomultiplicador. Imagen obtenida de Hamamatsu Photonics (1998).

- Figura 2.8

Figura 2.8: Metodo AC de deteccion. Extrae los componentes alternas de la salida del PMT a travesde un condensador y los convierte en senales digitales, este metodo es usado en las regiones donde loscomponentes AC son predominantes en la senal de salida sobre los componentes DC. Imagen obtenida deHamamatsu Photonics (1998).

dependiendo de la luz incidente y las caracterısticas de frecuencia requeridas (Hamamatsu Photonics,1998).

El metodo DC* (figura 2.7) detecta los componentes DC en la salida del fotomultiplicador. La senales amplificada y pasa por un filtro pasa bajas. Este metodo es desarrollado para la deteccion de nivelesde luz relativamente altos, la definicion grafica de los distintos niveles de luz que se manejan en estaseccion se pueden ver en la figura 2.6.

El metodo AC** (figura 2.8) solamente extrae los componentes alternas de la salida del PMT a travesde un condensador y los convierte en senales digitales a traves de un ADC*** de alta velocidad. Estemetodo es generalmente usado en las regiones de baja intensidad de luz donde los componentes ACson predominantes en la senal de salida sobre los componentes DC.

El metodo DC y el metodo AC (metodos analogicos) se usan principalmente en altos niveles de luzpara moderarlos. En muy bajos niveles de luz, el metodo de contador de fotones es el mas efectivo. En

*Por sus siglas en ingles: Direct Current**Por sus siglas en ingles: Alternating Current.

***Convertidor Analogico a Digital. Por sus siglas en ingles: Analog to Digital Converter

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CAPITULO 2. TUBOS FOTOMULTIPLICADORES 2.4. CARACTERISTICAS DEL PMT

- Figura 2.9

Figura 2.9: Metodo de conteo de fotones. Los pulsos de salida del fotomultiplicador son ampliados y sololas pulsaciones con una amplitud mayor que la de un pulso discriminador presente son contadas como senalesde fotones, este metodo tambien es conocido como metodo digital. Imagen obtenida de Hamamatsu Photonics(1998).

este metodo, la luz es medida al contar individualmente los fotones.

En el metodo de conteo de fotones (ver figura 2.9) la salida del fotomultiplicador consiste de pulsoslos cuales son ampliados y solamente las pulsaciones con una amplitud mayor que la de un pulsodiscriminador presente son contadas como senales de fotones. Este metodo permite la observacionesde pulsos discretos de salida del tubo fotomultiplicador, y es la tecnica mas efectiva en al deteccion deniveles muy bajos de luz (Hamamatsu Photonics, 1998).

2.4. Caracterısticas del PMT

2.4.1. Linealidad

Los fotomultiplicadores tienen una buena linealidad en la corriente de salida del anodo sobre un ampliointervalo de niveles de luz incidente, es decir ofrece un amplio rango dinamico.

La linealidad del tubo fotomultiplicador depende de las caracterısticas de linealidad del catodo y elanodo, si alguna de las caracterısticas de estos elementos se ve afectada, el comportamiento lineal dela senal de salida del PMT es afectado. Una de las razones comunes donde se ve afectado el compor-tamiento lineal de salida es si la cantidad de luz incidente es muy grande afectando las caracterısticas dela respuesta lineal del anodo. Otro factor comun que puede suceder es que el PMT sea alimentado conun bajo voltaje, provocando que no haya un campo magnetico lo suficientemente fuerte para enfocarla gran cantidad de corriente, dando como resultado la modificacion de la linealidad del catodo. Si elvoltaje es constante, la respuesta lineal tanto del catodo como del anodo depende unicamente de lacorriente.

La linealidad en el anodo esta limitada por dos factores:

El circuito divisor de voltaje.

Efectos de carga espacial debido a una gran cantidad de corriente.

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Si llega un pulso de luz intenso, fluye una corriente muy grande entre los dınodos, incrementando ladensidad de carga espacial y causando una saturacion de corriente.

Los efectos de carga espacial tambien dependen de la distribucion y la intensidad del campo electricoentre cada dınodo. En general, mientras la alimentacion de voltaje aumenta tendra una mejor respuestalineal debido a que la fuerza del campo electrico se incrementa.

2.4.2. Uniformidad

La uniformidad es la variacion de la senal de salida con respecto a la posicion del fotocatodo. Lasalida depende de la uniformidad del catodo y de los dınodos, de las condiciones de la superficie delfotocatodo y la degradacion de eficiencia de coleccion entre los dınodos debido a un bajo voltaje.

Hay dos formas de medir la uniformidad:

Espacial: usando los ejes X y Y.

Angular: debido al angulo de incidencia de la luz difusa que se apunta hacia el tubo fotomulti-plicador.

2.4.3. Estabilidad

La estabilidad es la capacidad del PMT para tener el mismo comportamiento en la salida y conservarsus caracterısticas de ganancia ante el paso del tiempo. El principal factor que afecta la estabilidad esla fatiga que es el deterioro del desempeno resultado del estres impuesto por el voltaje de alimentacion,corriente y temperatura ambiente.

Las variaciones que pueden afectar ya sea la vida del tubo fotomultiplicador o solo su desempenoinicial son clasificada de acuerdo si afectan en periodos largos o cortos de funcionamiento.

2.4.4. Ganancia del PMT

La ganancia es la razon entre la corriente de salida en el anodo y la corriente en el fotocatodo.Idealmente la ganancia de un fotomultiplicador se define como δn, donde n es el numero de dınodos yδ es el factor de emision secundaria: dado por la expresion (Hamamatsu Photonics, 1998):

δ = AEα

donde A es una constante, E es la diferencia de potencial entre los dınodos y α es un coeficiente quedepende del material de dınodo y la estructura geometrica. Su valor va de 0.7 a 0.8.

Un fotomultiplicador tiene un factor de ganancia que va de 103 hasta 108. La alta ganancia eliminala necesidad de amplificadores especiales.

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2.4.5. Corriente Oscura del PMT

Una pequena cantidad de corriente fluye en un tubo fotomultiplicador incluso cuando opera en com-pleta oscuridad. A este fenomeno se le llama corriente oscura y las causas son (Hamamatsu Photonics,1998):

Emision termoionica de electrones: debido a que los materiales del fotocatodo y de losdınodos tienen funciones de trabajo muy pequenas, estos emiten electrones termoionicos inclusoa temperatura ambiente. La mayor parte de la corriente oscura del PMT se debe a este factor.

Corriente de fuga o fugas ohmicas: las fugas ohmicas son el resultado de un aislamientoinsuficiente en la base del tubo y en los conectores. Resulta importante cuando el fotomultiplicadoropera a bajo voltaje y baja temperatura. La suciedad y humedad pueden ser fuentes de estas fugasohmicas.

Centelleo del vidrio: algunos electrones pueden ser desviados de su trayectoria, por lo que nocontribuyen a la senal de salida. Estos electrones pueden impactar sobre el vidrio del tubo, dandolugar a posibles centelleos.

Emision de campo: cuando a un fotomultiplicador se le aplica un voltaje cercano al voltaje maxi-mo, los electrodos pueden emitir electrones debido a los fuertes campos electricos. Se recomiendatrabajar con los PMTs con un voltaje 200 o 300 V por debajo del maximo.

Ionizacion de gases residuales: los tubos fotomultiplicadores se encuentran al vacıo pero llegaa haber gases residuales que pueden ser ionizados por el flujo de electrones. Cuando estos ionesgolpean el fotocatodo o los primeros dınodos, pueden emitir electrones secundarios, dando lugara pulsos de ruido.

Ruido debido a rayos cosmicos y rayos gamma ambientales: muchos rayos cosmicos caena la Tierra constantemente. Entre ellos los muones que pueden ser la mayor fuente de ruido.

2.4.6. Relacion senal a ruido

Al observar la onda de salida de un tubo fotomultiplicador, se pueden observar 2 componentes deruido: uno presente sin la senal de luz y el otro generado por la senal de luz de entrada.

La relacion senal a ruido se expresa en RMS*. Cuando la senal y forma de la onda son como las quese muestran en la figura 2.10 se puede analizar de la siguiente forma:

Valor medio de la componente de ruido IdComponente de AC de ruido id(RMS)Valor medio de la senal (componente de ruido incluido) Ip+dComponente de AC de la senal (componente de ruido incluido) ip+d(RMS)

*Por sus siglas en ingles: Root Mean Square.

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- Figura 2.10

Figura 2.10: Ejemplo de relacion senal a ruido. Imagen obtenida de Hamamatsu Photonics (1998).

La relacion senal a ruido esta dada por (Hamamatsu Photonics, 1998):

SN =Ipip+d

en donde Ip se obtiene restando Id de Ip+d.

2.4.7. Tiempos caracterısticos

Los fotomultiplicadores tienen tiempos de subida (10 % al 90 %) de 1 a 2 ns.

El tubo fotomultiplicador es un fotodetector que tiene una excelente respuesta temporal determinadaprincipalmente por el tiempo de transito que se requiere para que los electrones emitidos del fotocatodoalcancen el anodo. El tiempo de transito depende del tipo de dınodo pero tambien del voltaje dealimentacion. Incrementar la intensidad del campo electrico mejora la velocidad de transito del electrony disminuye el tiempo de transito.

En la figura 2.11, el tiempo de subida se define como el tiempo para que la senal de salida seincremente del 10 al 90 %. El tiempo de caıda se define como el tiempo que se requiere para decrecerdel 90 al 10 %.

2.4.8. Area sensible

Los tubos fotomultiplicadores se fabrican en gran variedad de tamanos ası como en diferentes con-figuraciones opticas. Un ejemplo claro de esta diferencia es el area de un fotocatodo de un diametrode 12.7 cm o 5” y un area util de 97 cm2, en contraste con 1.27 cm o 0.5” en otro fotomultiplicadordonde se tiene un area sensible de tan solo 0.14 cm2 (BURLE INDUSTRIES, 1980).

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- Figura 2.11

Figura 2.11: Definicion del tiempo de subida, caıda y transito del electron. Imagen obtenida de Hama-matsu Photonics (1998).

En el caso de experimentos de astronomıa de altas energıas se requiere un area grande de sensadoy es una de la razones por la que los tubos fotomultiplicadores son preferidos con respecto a otrosdispositivos.

2.4.9. Factores ambientales

2.4.9.1. Exposicion a la luz ambiental

Los tubos fotomultiplicadores son muy sensibles a la radiacion incidente por lo tanto se debe cuidarque no se expongan a la luz ambiental cuando esten alimentados por la fuente de alto voltaje. Si llega apasar esto, la gran cantidad de corriente generada por el PMT puede llegar a danarlo. Incluso es mejorevitar a exponerlos a la luz ambiental aunque no esten conectados al voltaje, ya que puede dar comoresultado un aumento en la corriente oscura del PMT.

2.4.9.2. Temperatura

Los tubos fotomultiplicadores muestran una sensibilidad a los cambios de temperatura. Si se quierenhacer medidas de precision en el fotomultiplicador es conveniente trabajar con una temperatura con-trolada. Entre las consecuencias que tiene operar bajo cambios de temperatura son la variacion en lasensibilidad del fotocatodo y la variacion de la corriente oscura del PMT. Los PMTs se deben manejargeneralmente a temperaturas menores a 75 C.

2.4.9.3. Humedad

Se recomienda que los tubos fotomultiplicadores operen con una humedad por debajo del 60 %. Yaque las fugas ohmicas aumentan notablemente en los conectores del tubo cuando se trabaja por encimade este parametro de humedad.

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2.4.9.4. Campos magneticos

La mayorıa de los tubos fotomultipplicadores son afectados por los campos magneticos. Estos puedendesviar la trayectoria de los electrones causando una perdida de ganancia. Esta perdida depende deltipo de fotomultiplicador y la posicion de este con respecto al campo magnetico. Es conveniente tenerun blindaje para proteger el PMT de los campos magneticos.

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Capítulo 3.Construcción del Sistema

3.1. Sistema de referencia

Para la caracterizacion de los tubos fotomultiplicadores se requiere un sistema que pueda proporcionaruna manera de obtener los datos de carga y voltaje para poder obtener las caracterısticas de los PMTscomo la linealidad, ganancia y corriente oscura. Para poder obtener dichas caracterısticas no existe unsistema comercial y cada institucion usa los elementos y protocolos establecidos localmente por el grupode trabajo para poder caracterizar estos sensores.

Comunmente con el uso de fotomultiplicadores se utiliza la electronica con el protocolo de canalesVME de forma generalizada en el mundo, incluso ya esta un poco estandarizado su uso en experimentosde altas energıas, por su velocidad en la transferencia de datos.

En Mexico la unica institucion que contaba con una electronica basada en el protocolo de comuni-cacion VME era la Universidad Nacional Autonoma de Mexico. La Benemerita Universidad Autonoma dePuebla (BUAP) cuenta con un sistema de caracterizacion y deteccion de senales, este sistema funcionacon instrumentos que facilmente se encuentran en el laboratorio ya que esta programado en LabView.El sistema ya ha sido ampliamente utilizado y probado en la BUAP para distintos fotomultiplicadores.A partir de este sistema que sirve de referencia, agradeciendo la colaboracion con dicha institucion y ladisponibilidad de compartir los programas, se ha creado un nuevo sistema de caracterizacion.

Para entender la construccion del nuevo sistema se explica en que consiste el sistema de referencia.Este cuenta con una fuente de alto voltaje para la alimentacion del PMT, y un osciloscopio para laadquisicion de la senal de salida del PMT, el diagrama a bloques del sistema se puede ver en la figura3.1. La interfaz de usuario del sistema esta hecha en Labview.

El sistema captura la senal de salida, esta se encuentra dada en Volts, del PMT por medio delosciloscopio recolecta 1250 puntos que son enviados a la PC como una cadena de caracteres ASCII*,

*Por sus siglas en ingles: American Standard Code for Information Interchange.

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CAPITULO 3. CONSTRUCCION DEL SISTEMA 3.1. SISTEMA DE REFERENCIA

- Figura 3.1

Figura 3.1: El sistema de referencia cuenta con una fuente de alto voltaje, un osciloscopio y un generadorde senales, todos controlados a traves de una computadora. El PMT se aısla de la luz para poder obtenersus caracterısticas de ganancia, corriente oscura y linealidad.

dichos caracteres son procesados en otro programa hecho en Labview para poder obtener los datos deinteres.

Los instrumentos electronicos que se usaron para adaptar el sistema fueron:

Generador de Funciones Tektronix AFG 3101: se usa para generar el pulso que alimenta elLED* y producir la senal a leer. Este pulso tiene un ancho de nanosegundos y una frecuencia de10 kHz. Ademas proporciona la senal de disparo para el sistema y hacer una toma de datos. Verfigura 3.2.

Osciloscopio Digital Tektronix TDS 2024C: es el elemento que se encarga de guardar lasenal producida. El osciloscopio tiene una frecuencia de muestreo de 2 GS/s. Al osciloscopio seconectara la salida del fotomultiplicador y la senal de disparo. Este debera ser ajustado en cuantola amplitud, la rapidez de muestreo y la senal de disparo conforme a la senal de salida. Ver figura3.3.

Fuente de Alto Voltaje Standford Research System PS325: es la fuente de alimentaciondel PMT. Ver figura 3.4.

El osciloscopio y el generador de funciones se conectan vıa USB** a la computadora que contiene elinstrumento virtual en LabView. La fuente de alto voltaje usa el protocolo de comunicacion GPIB***,

*Por sus siglas en ingles: Light Emitting Diode.**Por sus siglas en ingles: Universal Serial Bus.

***Por sus siglas en ingles: General Purpose Instrumentation Bus.

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- Figura 3.2

Figura 3.2: Generador de funciones que se usa en el sistema de referencia para alimentar el LED queproporciona la senal controlada que va a detectar el PMT. El LED es alimentado por un pulso en cuanto laamplitud, ancho y offset varıan de acuerdo a la prueba a realizar.

pero se tiene un conversor de GPIB a USB. En la figura 3.5 se puede ver el conjunto de instrumentosnecesarios para tener el sistema de caracterizacion de fotomultiplicadores. A esto se debe anadir unacomputadora con la potencia y caracterısticas necesarias para poder tener un programa grafico queconsume bastante memoria RAM* y un procesador rapido para la ejecucion de dicho instrumentovirtual.

Despues de montar el sistema y aislar el PMT de la luz ambiente se inicia el programa para laadquisicion de datos, mostrada en la figura 3.6, toma 1250 puntos del osciloscopio y los guarda enla computadora en codigo ASCII. Despues se guardaran en un archivo para identificar cada evento seguarda una lınea inicial (#1#2#3#4#5) que sirve como guıa, se ilustra en la figura 3.7.

A continuacion este archivo de caracteres en ASCII se debe traducir a datos experimentales. Paraeste proposito se usa otro programa hecho en LabView, ver figura 3.8, donde nos dara un nuevo archivoque proporcionara los siguientes datos de interes:

Columna 1: numero de evento. Corresponde al numero cuando se ha detectado un flanco de lasenal de disparo.

Columna 2: carga en (pC). Se obtiene integrando el voltaje de la senal recibida.

Columna 3: tiempo (1/2) (ns). Es el tiempo que le lleva a la senal de carga en ir de su valormınimo a la mitad de su maximo.

Columna 4: tiempo (10-90) (ns). Es el tiempo que le lleva a la senal de carga en ir de su valordel 10 % hasta el 90 %.

*Por sus siglas en ingles: Random Access Memory.

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- Figura 3.3

Figura 3.3: Osciloscopio que se usa para adquirir la senal de salida del fotomultiplicador. El osciloscopiotiene una frecuencia de muestreo de 2 GS/s y toma 1250 muestras de la senal.

- Figura 3.4

Figura 3.4: Fuente de alto voltaje que alimenta el PMT. La fuente puede proporcionar hasta 2500 V.

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- Figura 3.5

Figura 3.5: Sistema de caracterizacion de referencia adaptado en el INAOE con las especificaciones deinstrumentos proporcionados por la BUAP. Se pueden observar el osciloscopio, la fuente de alto voltaje y elgenerador de senales necesarios para la caracterizacion de PMTs.

- Figura 3.6

Figura 3.6: Programa de adquisicion de datos del sistema de caracterizacion que se tiene en la BUAP, elprograma esta elaborado en LabView. Imagen obtenida de Perez Gonzalez (2010).

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CAPITULO 3. CONSTRUCCION DEL SISTEMA 3.2. HARDWARE DEL SISTEMA VME

- Figura 3.7

Figura 3.7: Archivo de datos en codigo ASCII que se guarda despues de la adquisicion con el osciloscopio,este archivo aun debe ser traducido y procesado. Imagen obtenida de Perez Gonzalez (2010).

Columna 5: voltaje (mV). Es el voltaje maximo medido para la senal, es decir la amplitud maximaalcanzada.

Columna 6: fecha en la que se procesan los datos.

Columna 7: hora en la que se procesan los datos.

Ya teniendo estos datos solo queda aplicar algun programa estadıstico sobre los datos y obtener unhistograma, media, desviacion estandar y darle su respectiva interpretacion.

A partir de este sistema descrito, se quiere tener un sistema para caracterizar los tubos fotomultipli-cadores mas adecuado a las necesidades de tiempo que se requieren. Ya que se requiere una toma dedatos mas rapida por la gran cantidad de PMTs que se requieren caracterizar para los detectores dealtas energıas que usan la radiacion Cherenkov para deteccion de partıculas.

3.2. Hardware del sistema VME

Esta seccion describe el funcionamiento de los dispositivos electronicos que integran el sistema decaracterizacion, ademas se da una breve descripcion de la construccion fısica de todo el sistema.

Se usa un conjunto de dispositivos modulares que usan el el protocolo de comunicacion VME. Esteestandar es muy ocupado para la instrumentacion electronica de fısica nuclear, subnuclear y de as-tropartıculas. Este estandar fue desarrollado desde un punto de vista de la computacion, lo que conduce

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- Figura 3.8

Figura 3.8: Programa para la traduccion de datos, fue programado en LabView. Se tiene como parametrode entrada el archivo en codigo ASCII y a partir de este se obtienen los datos de carga y voltaje necesariospara obtener las caracterısticas del PMT. Imagen obtenida de (Perez Gonzalez, 2010).

a un esquema de memoria completamente asignada. Cada dispositivo se puede ver como una direccion,o un bloque de direcciones. Bajo VME, las direcciones y los datos no son multiplexados. Sin embargoel sistema de transferencia por bloques es posible para algunas aplicaciones. El bus o canal permitetener varias tarjetas maestras y contiene un sistema de interrupciones bastante completo con muchasaplicaciones.

El canal VME establece la velocidad de transferencia de datos de aproximadamente 20 MB porsegundo. En la actualidad VME64 tiene una velocidad maxima de transferencia de 80 MB por segundo.Una transferencia tıpica se compone de un ciclo para obtener el control del bus, de un ciclo paraseleccionar el registro y el ciclo de datos real. Las tareas de transferir, leer, escribir y modificar bloquesson compatibles.

3.2.1. Caja VME y mecanica de los modulos

Para el uso de los modulos VME se requiere un elemento que sirva para conectar cada uno de losdispositivos, que se encargue de la alimentacion en los modulos.

El gabinete elegido es el VME 8004 que tiene 4 ranuras compatible con VME64, este es de un tamanopequeno pero con los espacios suficientes para tener las tarjetas que se van a usar en el sistema que encaso del sistema de caracterizacion son 3. Tiene una altura de 2U (2 unidades en un estante o rack),

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- Figura 3.9

Figura 3.9: MiniCrate VME8004, apariencia y vista frontal de la caja que se usa para la conexion de losmodulos VME, imagen obtenida de CAEN (2012c)

aproximadamente 8.890 cm y de ancho 48.26 cm, que es el ancho estandarizado para montar la cajaen un rack.

La alimentacion de la caja es de 100 a 230 VAC, 50 a 60 Hz, lo que indica que se puede conectara los diferentes estandares de conexiones electricas para el voltaje de alimentacion, ya sea europea oamericana.

En la figura 3.9 se pueden apreciar fısicamente algunas de las propiedades descritas anteriormentepara la caja de conexion de los modulos.

El sistema es modular y sigue el estandar VME. El tamano habitual de las tarjetas es de 160 x 216mm. Estas pueden realizar transferencias de 8, 16 o 32 bits y tienen un rango grande de direcciones.

En la figura 3.10 se puede observar el sistema modular completo que se uso para hacer el sistemade caracterizacion de fotomultiplicadores. Se hace enfasis en que es una electronica rapida para laadquisicion de datos.

3.2.2. Puente USB

El modulo V1718 es una unidad maestra de VME, sirve para controlar otros dispositivos conectadosvıa el canal VME de comunicacion, la cual puede ser operada desde el puerto USB de una computadoraestandar.

El modulo puede trabajar en un sistema ”multimaestro” con la posibilidad de operar como sistemade control, en este caso, que es la opcion por defecto cuando la tarjeta es insertada en la ranura 1 dela caja, trabaja como controlador de la senal de reloj y de los canales de comunicacion.

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- Figura 3.10

Figura 3.10: El sistema consiste en una caja con espacio para 4 tarjetas: la tarjeta digitalizadora, la fuentede alto voltaje, el puente USB y un espacio disponible para cualquier otro modulo VME.

El modulo tiene un panel de LEDs que permite monitorear la actividad del canal VME en detalle.El panel frontal cuenta con 5 salidas programables TTL*/NIM** con conectores LEMO*** 00 y dosentradas programables TTL/NIM, tambien con conectores LEMO 00.

La interfaz entre V1718 y la computadora es compatible con USB 2.0, que tiene una velocidadmaxima de 60 MBytes por segundo y una promedio de 15.6 MBytes por segundo. Las transferenciade datos toma lugar a traves del protocolo de transaccion de volumen de alta velocidad (High SpeedBulk Transaction). La transferencia de datos a traves del canal VME no requiere ser sincronizado a latransferencia por el USB gracias a su bufer local de 128 Kbytes.

Los controladores del modulo se encuentran en las plataformas para computadora personal comunes:Windows y Linux.

El puente USB proporciona el control con las fuentes de alto voltaje y la tarjeta digitalizadora, ademases el puente entre la computadora y los dispositivos VME. La computadora tiene como sistema operativoCentOS 6 y es donde se encuentra el programa realizado en C++ para adquisicion e interpretacion dedatos.

En la figura 3.11 se puede observar la tarjeta que corresponde al puente USB, se puede ver elconector USB de tipo B, los LEDs indicadores de datos, direcciones y otros procesos. Tambien se venlos conectores de entrada LEMO para senales.

*Por sus siglas en ingles: Transistor-Transistor Logic. Estandar de especificaciones para voltajes logicos.**Por sus siglas en ingles: Nuclear Instrumentation Module. Estandar de especificaciones para voltajes logicos.

***Companıa manufacturera de conectores, sus conectores tienen el nombre de la compania y un numero de identificacion.

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- Figura 3.11

Figura 3.11: Modulo VME: puente USB V1718, este modulo se encarga de comunicar la computadora,que contiene el programa de control, con los otros dispositivos VME. Imagen obtenida de CAEN (2009).

3.2.3. Tarjeta Digitalizadora

El modulo V1751 (ver figura 3.12) es una unidad VME que tiene 8 canales de conversion analogicoa digital (ADC*) de 10 bits y 1 GS/s con umbral de auto-disparo. El modulo tambien puede trabajarcon 4 canales teniendo una mejora en la frecuencia de muestreo a 2GS/s. La entrada dinamica de cadacanal es de 1 Vpp. La compensacion de DC en la senal de entrada puede ser ajustada canal por canalpor un convertidos digital a analogico (DAC**) programable de 16 bits.

Los datos son continuamente escritos en un bufer de memoria circular. Cuando la senal de disparoocurre, la FPGA*** escribe N muestras nuevas despues de la senal de disparo y se guarda en el buferque puede ser leıdo vıa VME. La adquisicion puede continuar sin tiempo muerto en un bufer nuevo.

Cada canal tiene un bufer de memoria estatica de acceso aleatorio (SRAM****), disponible en tamanoentre 1.835 y 14.4 MS/ch, el cual se puede volver 3.6 y 18.8 MS/ch cuando se usa el muestreo porcada dos canales), con acceso de escritura y lectura independiente dividido entre 1 a 1024 bufers detamano programable. La senal de disparo se puede proporcionar de manera externa por medio de unaentrada en el panel frontal o a traves de los canales de comunicacion VME, pero tambien puede sergenerada de manera interna. La senal de disparo puede ser propagada a otros dispositivos a traves dela salida de disparo en el panel frontal.

La senal de salida del fotomultiplicador es leıda por la tarjeta digitalizadora. La senal se convierte desu forma a analogica a digital y se guarda en la memoria. El fotomultiplicador proporciona una salidaen voltaje la cual se guarda en un archivo de datos.

*Por sus siglas en ingles: Analog to Digital Converter.**Por sus siglas en ingles: Digital to Analog Converter.

***Por sus siglas en ingles: Field-Programmable Gate Array.****Por sus siglas en ingles: Static Random-Access Memory.

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- Figura 3.12

Figura 3.12: Modulo VME: tarjeta digitalizadora V1751, se encarga de digitalizar la senal de salida delPMT. Imagen obtenida de CAEN (2012a).

3.2.4. Fuentes de alto voltaje

El modulo V6533 (ver figura 3.13) es una unidad que aloja 6 canales de alto voltaje de alimentacion,pueden llegar a dar 4 kV y 3 mA. Tiene una resolucion de 0.1 V. La tarjeta puede proporcionar una salidade polaridad positiva o negativa, incluso una version mezclada con 3 canales positivos y 3 negativos.Se usara con una polaridad positiva que es con lo que se alimenta el PMT que se tiene. Las salidas dealto voltaje son entregadas a traves de conectores SHV* y la velocidad de subida y bajada se puedenseleccionar independientemente para cada canal dentro de un rango de 1 a 500 V/s con un paso de 1V/s. Las caracterısticas de seguridad incluidas son:

Advertencia cuando la salida de voltaje difiere del valor programado por mas del 2 % del valorajustado (mınimo 10 volts).

Lımite de voltaje maximo y corriente maxima programable.

Deteccion de sobrecorriente: si el canal pide mas corriente de su lımite programado, entra en unestado de alarma y mantiene el valor antes de ser apagado.

Los canales pueden ser habilitados o deshabilitados a traves de logica global de enclavamiento.

Los canales son habilitados individualmente a traves de puentes del panel frontal.

La funcion de este modulo es alimentar el fotomultiplicador para variar su sensibilidad. Para ajustarel voltaje en el que se desea configurar se hace mediante software, instrucciones dadas en C++.

3.2.5. Generador de funciones

El generador de funciones (ver figura 3.14) es el unico que no se usa con el protocolo VME, esto escon el proposito de poder cumplir la exigencias que se requieren al momento de crear un pulso de unoscuantos ns para la alimentacion del LED que se requiere para la caracterizacion.

*Por sus siglas en ingles: Safe High Voltage.

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- Figura 3.13

Figura 3.13: Modulo VME: fuente de alto voltaje V6533, se encarga de alimentar el PMT. Imagenobtenida del CAEN (2012b)

- Figura 3.14

Figura 3.14: Generador de funciones de la marca Tektronix y modelo AFG3101, el cual alimenta el LEDque se necesita para tener la senal de luz controlada. Imagen obtenida de Tektronix (2005a).

El generador tiene tres funciones integradas:

Generador de funciones de 100 MHz.

Generador de pulsos de 50 MHz.

Generador de formas de ondas arbitrarias de 14 bits.

Ademas cuenta con una pantalla LCD* a color, aislamiento a tierra, funcionamiento sıncrono, interfazde memoria USB, sistema de ayuda sensible al contexto. La amplitud de la senal proporcionada puedeser hasta 10 Vpp y puede ser conectado a traves de diferentes puertos de comunicacion USB, GPIB,LAN**.

*Por sus siglas en ingles: Liquid Crystal Display.**Por sus siglas en ingles: Local Area Network

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- Figura 3.15

Figura 3.15: Fotografıa tomada de la parte interna de la caja de aislamiento, donde se puede ver que suinterior esta pintado de negro para evitar reflexiones. Ademas cuenta con una pantalla blanca que sirve paraalgunas pruebas para obtener la incidencia de un solo fotoelectron en el PMT.

Este instrumento cumple una de las funciones mas importantes ya que debe ser configurado para laalimentacion del pulso que alimentara un LED, que en el caso del sistema es la fuente de luz controlada.Para diversas pruebas se requiere que la senal sea de unos cuantos ns de duracion para no saturar elPMT, por la misma razon la amplitud del pulso debe ser pequena, pero la necesaria para encender elLED.

3.2.6. Caja de aislamiento de luz

La caja de aislamiento sirve para poder tener al fotomultiplicador cuidado de la exposicion a la luzambiental. Los PMTs son dispositivos muy delicados en cuanto a su manejo, ya que una gran cantidadde luz puede exceder sus parametros de tolerancia en la deteccion y danarlos, ademas que para teneruna adecuada caracterizacion el aislamiento es importante para evitar introducir ruido innecesario. Paraello se creo un elemento para lograr dicho aislamiento, una caja hecha de carton por su facil obtencion,bajo precio y ser ligera.

La caja esta pintada completamente de negro en sus paredes interiores para evitar que se refleje la luz,como se ilustra en la figura 3.15, ademas que cuenta con una cubierta para tener aislamiento externo.A estas condiciones tambien se les anade las del laboratorio que esta adaptado con cortinas y persianaspara mantener lo mas oscuro posible todo el entorno.

3.2.7. Acoplamiento del sistema

El sistema cuenta con una computadora que tiene una comunicacion bidireccional con el puenteUSB, ya que este pasa las instrucciones que programadas en C++ para controlar los dispositivos VME

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- Figura 3.16

Figura 3.16: Diagrama a bloques del proceso de caracterizacion de un tubo fotomultiplicador.

- Figura 3.17

Figura 3.17: Tubo fotomultiplicador dentro de la caja de aislamiento de luz ambiental y conectado alsistema caracterizador.

y a su vez recibe los datos que necesitaran ser procesados en un programa estadıstico. El puente USBtambien tiene una comunicacion bidireccional con los dispositivos ya que escribe y lee las direcciones delos dispositivos a traves de los canales VME. La fuente de alto voltaje se conecta al circuito divisor devoltaje, este ultimo proporciona la alimentacion al tubo fotomultiplicador. La senal de salida del PMTllega a la tarjeta digitalizadora y despues llega a la computadora. El generador de funciones genera unpulso que alimenta un LED que produce un senal de luz que llega al tubo fotomultiplicador. El procesopuede ser visto en el diagrama a bloques de la figura 3.16.

En la figura 3.17 se puede observar el tubo fotomultiplicador usado dentro de la caja de aislamiento asu derecha se encuentra el LED que se encarga de producir la senal luminosa para la caracterizacion. ElLED cuenta con un aislamiento en la parte lateral para lograr un comportamiento direccional e iluminela pantalla que se encuentra enfrente del PMT.

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CAPITULO 3. CONSTRUCCION DEL SISTEMA 3.3. SOFTWARE DEL SISTEMA VME

3.3. Software del sistema VME

Esta seccion describe el codigo que fue programado en C++ para el funcionamiento del sistema decaracterizacion de fotomultiplicadores basado en la electronica VME de la empresa CAEN. Se utilizanmuchas funciones elaboradas previamente que han sido incorporadas como librerıas. Se elaboraron dosprogramas en C++: el de adquisicion de datos y el de traduccion. El primero establece los parametrosde configuracion para que los dispositivos VME se comuniquen y realiza la adquisicion de datos propor-cionando un archivo de salida que tiene los voltajes leıdos del PMT. El segundo programa, a partir delarchivo con los voltajes leıdos del PMT, traduce dichos voltajes a valores de carga y amplitud maximapor senal, proporcionando un archivo con estos datos para su posterior analisis estadıstico.

3.3.1. Adquisicion de datos

El codigo en C++ configura los dispositivos:

Puente USB

Tarjeta digitalizadora

Fuente de alto voltaje

Otra funcion es guardar los valores leıdos del PMT a traves de la tarjeta digitalizadora en un archivo.El codigo completo se presenta en el apendice A. En esta seccion se explica en detalle el proceso deadquisicion de datos y el codigo elaborado. El proceso de adquisicion se puede ver en la figura 3.18 quemuestra a grandes rasgos la logica y secuencia usadas para elaborar el programa.

Para la adquisicion de datos se tienen una serie de variables que se pueden configurar de acuerdo altipo de prueba y gusto del usuario:

uData voltaje: contiene el valor que se le asigna a la fuente de voltaje.

No Eventos: contiene el numero de eventos que se quieren guardar. Un evento se guarda cadavez que se genera una senal de disparo externa que esta sincronizada con la senal emitida por elLED.

Voltaje Max: establece el voltaje maximo que aplican las fuentes de voltaje. Esta variable seusa para limitar el voltaje maximo y ası proteger el tubo fotomultiplicador. Las fuentes de voltajepueden suministrar voltajes de 0 a 4 kV el voltaje maximo recomendado no debe exceder de 2kV.

Paso Voltaje: ajusta el valor que se debe restar del voltaje asignado, es decir cada cuantos voltsse realiza una adquisicion de datos.

No Pruebas: Establece el numero de pruebas a realizar ası como el numero de archivos a generar.Por ejemplo, para cada valor de la variable Paso Voltaje se genera un archivo de salida.

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No Muestras: configura el numero puntos o muestras de la senal que se almacenan. La senales muestreada cada nanosegundo, por lo tanto esta variable tambien establece cuantos ns de lasenal se desean guardar.

Polaridad: comunmente la senal del PMT va de 0 a un valor negativo, por medio de esta variablela senal se invierte para trabajar con un pulso positivo.

3.3.1.1. Configuracion de dispositivos VME

Para realizar la adquisicion de datos se utilizaron los dispositivos: puente USB, tarjeta digitalizadoray fuente HV* que usan el protocolo de comunicacion VME. Estos dispositivos cuentan con las librerıas,proporcionadas por el fabricante, en C++ con funciones para la realizacion de diversas rutinas. Lasfunciones pueden ir desde iniciar el dispositivo, lectura de datos propios del dispositivo, escritura ofinalizar el uso de un dispositivo.

Dichas funciones consisten en una serie de pasos de lectura y escritura de los dispositivos en lasdirecciones de la tarjeta correspondientes para la realizacion de alguna tarea. las diferentes tarjetascontienen distintas direcciones que son referenciadas por 2 o 4 numeros en hexadecimal. Estas direccionespueden ser de lectura, escritura o ambas.

3.3.1.1.1. Configuracion del puente USB

Para hacer funcionar el puente USB solo es necesario tener instalados los controladores y librerıascorrespondientes al sistema operativo CentOS 6.

3.3.1.1.2. Configuracion de la tarjeta digitalizadora y adquisicion de datos

El primer paso para usar la tarjeta digitalizadora es inicializarla, para esto se usa una funcion queproporciona el fabricante. Esta inicializacion asigna un identificador para usar en otras funciones, solose debe proporcionar una serie de datos como el dispositivo por el cual se esta enlazando, en nuestrocaso se usa el puente USB y la direccion fısica de la tarjeta digitalizadora. El comando para inicializarla tarjeta es:

CAEN DGTZ OpenDigitizer (CAEN DGTZ USB , 0 , 0 , 0xEE440000 , &h a n d l e ) ;

CAEN DGTZ USB: esta variable esta definida en la librerıa que proporciona la companıa CAENe indica que la tarjeta digitalizadora se conecta por medio de un puente USB.

El primer 0: indica que solo se esta conectando una tarjeta digitalizadora.

*Por sus siglas en ingles: High Voltage.

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- Figura 3.18

Figura 3.18: Diagrama de flujo de la secuencia y logica usadas en la adquisicion de datos.

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El segundo 0: al usar el puente USB es siempre 0, ya que este parametro se utiliza cuando tieneuna puente optico.

0xEE440000: es la direccion base o fısica que se le asigna a la tarjeta por medio de botonesrotatorios que tiene en un costado.

handle: es el identificador que se le asigna a la tarjeta digitalizadora para usarse en otras funciones.

Al terminar el proceso de inicializacion se sigue una serie de pasos para configurar la tarjeta parasu uso en el sistema de adquisicion de datos. Este proceso tambien usa funciones proporcionadas porCAEN. En todas las instrucciones que pertenecen a la tarjeta digitalizadora se usa la variable handle,que como se habıa mencionado anteriormente es el identificador que se le asigna para enlazarlo con elpuente USB y este a su vez a la computadora.

En la figura 3.19 se puede ver el diagrama de flujo para la configuracion de la tarjeta digitalizadoracuya secuencia se describe a continuacion:

1. Se reinicia la tarjeta digitalizadora. Las banderas y registros se ponen en su condicion por defecto.

CAEN DGTZ Reset ( h a n d l e ) ;

2. Se le asigna el numero de muestras que va a guardar por medio de la variable No Muestras. Paradicho numero se debe tomar en cuenta el tiempo que dura la senal que se obtiene del PMT, cadamuestra equivale a un nanosegundo de tiempo. Las senales de salida de un PMT van de unoscuantos ns a ms, en el caso especıfico de este sistema se configura con 500 muestras.

CAEN DGTZ SetRecordLength ( handle , No Muestras ) ;

3. Se habilita el canal de adquisicion de datos que se va a usar, en este caso se usa el canal 0. Enla configuracion de la funcion presentada a continuacion, el 1 es una mascara que permite que seactive solamente el canal 0 de adquisicion.

CAEN DGTZ SetChannelEnableMask ( handle , 1 ) ;

4. La tarjeta usara una senal de disparo externo. Existen diferentes funciones para habilitar dis-tintos modos para la senal de disparo. Pero para propositos del sistema de caracterizacion sehabilito el uso de disparo externo para usar la sincronizacion de las senales provenientes del gen-erador de funciones. La variable CAEN DGTZ TRGMODE ACQ AND EXTOUT indica que eldisparo esta habilitado para la adquisicion de datos.

CAEN DGTZ SetExtTriggerInputMode ( handle , CAEN DGTZ TRGMODE ACQ AND EXTOUT) ;

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5. Se asigna el numero maximo de eventos a transferir en una sola lectura, en nuestro caso se usa1 evento por lectura para tener un control mas preciso del numero de eventos a manejar.

CAEN DGTZ SetMaxNumEventsBLT ( handle , 1 ) ;

6. Se configura el tipo de flanco con el que va a funcionar la senal de disparo. El sistema usa flancoascendente que se declara con la variable CAEN DGTZ TriggerOnRisingEdge. El 0 indica simple-mente en que canal de adquisicion se habilita de ese modo.

CAENDGTZ API CAEN DGTZ SetTr iggerPolar i ty ( handle , 0 ,CAEN DGTZ TriggerOnRisingEdge ) ;

7. Al guardar un evento generalmente se guardan las muestras a partir de la senal de disparo, latarjeta digitalizadora nos da la opcion de guardar un porcentaje anterior a la senal de disparo.Por medio del comando mostrado a continuacion se establece el porcentaje de las muestras al-macenadas posterior a la senal de disparo. Por defecto se asigna el porcentaje que correspondea lo que desea guardar antes de detectar la senal de disparo. Por medio de pruebas empıricas seestablecio guardar 70 % de muestras posterior y 30 % antes de la senal de disparo.

CAENDGTZ API CAEN DGTZ SetPostTriggerSize ( handle , 70) ;

8. A cada canal se le puede asignar un voltaje de compensacion, este se requiere para posicionar lasenal para ir de -0.762 a 0.238 V. que es el intervalo que cubre la senal de salida del PMT demanera adecuada. En la opcion por defecto el voltaje va de -1 a 0 V. para poder realizar esteajuste se hace por medio de un DAC de 16 bits, lo cual indica que un offset de 1 volt equivalea 216 = 65535. El valor usado es 15599 que equivale aproximadamente a 0.238 V. El 0 en elcomando usado indica que canal de adquisicion se esta utilizando.

CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 15599) ;

9. A continuacion se modifica el control de entrada/salida del panel frontal para poder detectarsenales TTL como la senal de disparo externa, la opcion por defecto esta configurada para detec-tar senales NIM. Esta configuracion se hace de manera manual al no haber funcion proporcionadapor el fabricante. Como se puede observar en el codigo de abajo se debe utilizar la direccion basedel dispositivo a usar 0xEE44 y se le concatena la direccion 0x811C, que entre sus funcionesesta controlar el uso de senales NIM o TTl en el panel frontal de la tarjeta digitalizadora. El0X0001 indica que se usaran senales TTL.

CAENVME ReadCycle ( Device , 0 xEE440000+0x811C , &uData , cvA32 U DATA , cvD32 ) ;uData = uData & 0xFFFE ;uData = uData | 0 x0001 ;CAENVME WriteCycle ( Device , 0 xEE440000+0x811C , &uData , cvA32 U DATA , cvD32 ) ;

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- Figura 3.19

Figura 3.19: Diagrama de flujo para la configuracion de la tarjeta digitalizadora.

Terminando la etapa de configuracion se inicia la adquisicion de datos, los siguientes pasos detallanla figura 3.20:

1. Lo primero es usar la funcion para iniciar la adquisicion de datos. Esta adquisicion se hace deforma continua desde que se pone la funcion para iniciar la adquisicion, el funcionamiento es deltipo de interrupcion y cada vez que se detecta la senal de disparo se va guardando en un bufer.

CAEN DGTZ SWStartAcquisit ion ( h a n d l e ) ;

2. Despues para volver a adquirir la senal se debe leer el bufer de la tarjeta digitalizadora.

CAEN DGTZ ReadData ( handle , CAEN DGTZ SLAVE TERMINATED READOUT MBLT , b u f f e r ,&b s i z e ) ;

3. Este bufer leıdo tambien se usa para obtener otros datos como el numero de eventos que se hanproducido y el valor leıdo en dicho evento.

CAEN DGTZ GetNumEvents ( handle , b u f f e r , b s i z e ,& numEvents ) ;

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- Figura 3.20

Figura 3.20: Diagrama de flujo para la adquisicion de datos con la tarjeta digitalizadora.

4. Al final de cada prueba se debe detener la adquisicion para no tener valores innecesarios en elbufer y limpiar el bufer de datos anteriores.

CAEN DGTZ SWStopAcquisition ( h a n d l e ) ;

3.3.1.1.3. Configuracion de la fuente de alto voltaje

La fuente de alto voltaje tiene una configuracion basica pero es muy importante para cuidar el tubofotomultiplicador. Para configurar se usan las funciones basicas de lectura y escritura en el dispositivo.Para su correcta configuracion a traves de todo el programa se siguen los pasos del diagrama de flujode la figura 3.21 que se detallan en los siguientes pasos:

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1. Establecer el voltaje maximo de alimentacion del PMT. La variable base contiene la direccion dela fuente de voltaje y la variable VMAX contiene la direccion para limitar el voltaje. Por ejemplosi se desea limitar el voltaje maximo a 1700 V se debe escribir en la variable Voltaje Max 17000,que equivale a 1700.0 V por la precision de la fuente de 0.1 V.

V o l t a j e M a x =17000;uData a=V o l t a j e M a x ;CAENVME WriteCycle ( Device , base + VMAX , &uData a , cvA32 U DATA , cvD16 ) ;

2. Configurar la velocidad de subida y bajada de la rampa de voltaje. La velocidad elegida es de 500V/s tanto para subida como para bajada. La funcion contiene el parametro de entrada del canalque se quiere activar, dependiendo del canal elegido la direccion a modificar en la fuente de altotambien se modifica.

uData a =500;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (RAMP UP+( c h a n n e l ∗RAMP UP) ) , &uData a ,

cvA32 U DATA , cvD16 ) ;uData a =500;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (RAMP DOWN+( c h a n n e l ∗RAMP DOWN) ) , &uData a ,

cvA32 U DATA , cvD16 ) ;

3. Asignar el voltaje mas alto con el que se quiere iniciar la prueba. Contiene el mismo factor demultiplicacion por 10 a causa de la precision. La variable VSET contiene la direccion para asignarel voltaje para el canal deseado.

u D a t a v o l t a j e =17000;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (VSET+( c h a n n e l ∗VSET) ) , &u D a t a v o l t a j e ,


4. Entrar al ciclo donde se toman varias pruebas. Se resta un paso de voltaje determinado al voltajeactual hasta llegar al voltaje deseado y se repiten los pasos del 3 al 5.

u D a t a v o l t a j e = u D a t a v o l t a j e−P a s o V o l t a j e ;

5. Encender el canal que se desea usar. A la variable uData a se le asigna un 1 que significa canalencendido, el 0 indica canal apagado. Solo se escribe el uno en la direccion formada por la direc-cion fısica del dispositivo y la direccion que contiene PW.

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uData a=0x01 ;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (PW+( c h a n n e l ∗PW) ) , &uData a , cvA32 U DATA ,

cvD16 ) ;

3.3.1.2. Almacenamiento de datos

En la figura 3.22 se observa que para el proceso de almacenamiento de datos. Se tiene un archivoque sirve como contador para modificar el identificador con el que se guarda el archivo de datos. Secuenta con un archivo donde se guarda el valor de voltaje leıdo y el numero de muestra.

1. Se lee el archivo con el contador para cambiar el identificador del archivo de datos. El apuntadorcon el nombre ”archivo” senala a un fichero con el nombre file counter.txt, este contiene unnumero que es leıdo para ver en que prueba se encuentra.

FILE ∗ a r c h i v o ;a r c h i v o=f op en ( ”/home/mauro/ Documents /VME PROG/ f i l e c o u n t e r . t x t ” , ” r ” ) ;f s c a n f ( a r c h i v o , ” %d” ,&x ) ;f c l o s e ( a r c h i v o ) ;

2. Se crea el nuevo nombre de archivo. Se concatena la variable designada como var sig, que contieneel nombre generico que usan todos los archivos de datos, con el numero que se obtiene del archivoque sirve de contador y al final se le agrega la extension .dat, para completar el nombre del archivo.

s p r i n t f ( conv , ” %d” , x ) ;s t r c a t ( v a r s i g , conv ) ;s t r c a t ( v a r s i g , ” . dat ” ) ;

3. Sumar un 1 al contador y guarda. Lo primero que se hace es tener un apuntador que senale ladireccion del archivo que se usa como contador, se hace la suma, se guarda en el archivo y porultimo se libera el apuntador.

a r c h i v o=f op en ( ”/home/mauro/ Documents /VME PROG/ f i l e c o u n t e r . t x t ” , ”w” ) ;x=x +1;f p r i n t f ( a r c h i v o , ” %d” , x ) ;f c l o s e ( a r c h i v o ) ;

4. La salida de la tarjeta es un valor del 0 al 1023, dependiendo de la amplitud de la senal, ası quelo primero que se hace es normalizar a la unidad para tener una salida entre 0 y 1 V, eso se logradividiendo la salida entre 1023, despues se multiplica por 1000 para tenerla en mV y se le aplicaun offset de 1000 mV para tenerlo de -1 a 0 V. El canal proporciona una atenuacion en la senalası que para ajustarlo multiplicamos por 1.023, a esto se le anade el voltaje de desvıo agregado

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- Figura 3.21

Figura 3.21: Diagrama de flujo para la configuracion de la fuente de voltaje.

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- Figura 3.22

Figura 3.22: Diagrama de flujo para realizar la secuencia de almacenamiento de datos.

debido al canal de adquisicion y eso se compensa sumando 189.4 que equivale a ese mismo valoren milivolts. Lo anterior se guarda usando la funcion outputFile.

o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<P o l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 0 2 3 . 0 ) ∗1000−1000) ∗1.023+189.4)<<””<<carga<<” ”<<a s c t i m e ( l o c a l t i m e (& t ) ) ;

3.3.2. Traduccion de datos

Para realizar el analisis estadıstico se escribio un programa en C++ que genera un archivo con losdatos de interes. El codigo del programa se anexa en el apendice B y el diagrama de flujo se ilustra enlas figuras 3.23 y 3.24. Para ejecutar este programa se tienen que declarar las siguientes variables:

bin inicial: establece el bin inicial a partir del cual se muestrea la senal para no anadir ruido.

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ancho: es el ancho de la senal, a partir del bin inicial se tomara un numero de muestras queabarquen el ancho de la senal completamente.

No muestras: es el numero de muestras o puntos tomadas por cada evento. Tambien equivaleal tiempo, en ns, de duracion de la senal digitalizada.

No eventos: es el numero de veces que se detecto un flanco en la senal de disparo externa y quese guardo en el archivo de datos que se obtiene del programa de adquisicion de datos.

Nombre del archivo: no es una variable, no obstante en algunas lıneas del codigo se debe colocarel nombre del archivo que se desea procesar.

3.3.2.1. Archivo de datos

Para poder caracterizar los fotomultiplicadores, detectores opticos que transforman pulsos de luz deno mas de miles de fotones en pulsos de corriente apreciables sin introducir demasiado ruido a la senal,se necesitan obtener una serie de datos, que son proporcionados por el sistema creado, necesarios parapoder caracterizar el PMT:

Carga: es la carga representada por cada pulso. El valor de la carga se obtiene al integrar el voltajeobtenido de la siguiente forma:

Se sabe que la relacion de corriente con carga es I = dqdt

donde I representa la corriente, q lacarga y t el tiempo. Por ley de Ohm se sabe que V = IR por lo tanto se tiene:

dq

dt=V

R

q =1

R

∫V dt

Que en el caso discreto es:

q =1

R

∑(V ∗∆t)

Donde ∆t corresponde a 1 ns ya que es el tiempo en el que se toma cada muestra, V es el voltajeleıdo del PMT y guardado en el archivo proporcionado por nuestro primer programa y R es laimpedancia equivalente a 50 Ω.

Amplitud Maxima: es el valor de voltaje maximo o la amplitud maxima de voltaje que se obtienede la senal de salida del PMT. Tambien representa el valor de voltaje pico a pico alcanzado porel pulso.

Voltaje Mınimo: es el valor de voltaje mınimo que se obtiene de la senal de salida del PMT.

Tiempo t-50: es el tiempo que le lleva a la senal de carga en ir de su valor mınimo a la mitad desu maximo.

Tiempo t-90: es el tiempo que le lleva a la senal de carga en ir desde el 10 % de su valor maximoal 90 % del mismo.

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- Figura 3.23

Figura 3.23: Primera parte del diagrama de flujo para obtener los datos para el procesamiento y obtencionde histogramas para caracterizar el PMT.

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- Figura 3.24

Figura 3.24: Segunda parte del diagrama de flujo para obtener los datos para el procesamiento y obtencionde histogramas para caracterizar el PMT.

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3.3.2.2. Pedestal

El pedestal es la senal debida al ruido de la electronica en la que va montada la senal de interes.Esta senal se encuentra en cada muestra de la adquisicion, incluso donde no hay senal. La figura 3.25muestra el diagrama de flujo donde se observa de manera mas sencilla el proceso para obtener estevalor deseado. Para obtener este valor se realizaron los siguientes pasos:

1. Se crean dos variables de ruido, ”ruido1” y ”ruido2”, las cuales se inicializan en 0.

f l o a t r u i d o 1 =0, r u i d o 2 =0;

2. Para valores antes del bin inicial se hace una sumatoria desde la muestra 1 hasta antes del bininicial y se guarda en la variable ruido1. De igual forma se hace un sumatoria para la muestraposterior a la del bin inicial + ancho del pulso hasta terminar el numero de muestras y se guardaen la variable ruido2. Para hacer la sumatoria se hace un ciclo que va desde 1 hasta el numerode muestras totales. Dentro del ciclo solo se elijen las muestras de interes. La variable x2 en elcodigo presentado a continuacion contiene el valor de la senal de salida del PMT.

f o r ( i=i t ; i=i t +( b i n i n i c i a l + ancho )−1)

r u i d o 2=r u i d o 2+x2 ;

3. Cada una de las variables se divide entre el numero de muestras que se sumaron para obtener unpromedio de ruido en cada variable.

r u i d o 1=r u i d o 1 /( b i n i n i c i a l −1) ;r u i d o 2=r u i d o 2 /( No muestras−b i n i n i c i a l −ancho +1) ;

4. Se comparan ambas variables y se toma donde el promedio de ruido sea mayor como el valormaximo promedio de ruido de pedestal. Este valor, que quedara guardado en la variable ruido1,sera el que se reste a las otras variables de interes.

i f ( r u i d o 1<=r u i d o 2 )

r u i d o 1=r u i d o 2 ;

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- Figura 3.25

Figura 3.25: Diagrama de flujo de la secuencia de pasos que se usaron para obtener el valor del ruido opedestal en la senal.

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3.3.2.3. Carga

El diagrama de flujo para obtener la carga se muestra en la figura 3.26. Los pasos en el codigo son:

1. Inicializar la variable ”carga” con 0 para no introducir valores erroneos. Al inicio de cada ciclo lacarga se debe asignar en 0.

c a r g a =0;

2. Los valores de carga que se acumulan solo corresponden a los que van desde el bin inicial hastael ancho de muestras. Se puede ver claramente en el codigo de abajo como hay un ciclo pararecorrer todos los valores y por medio de una condicion se toman los valores de interes para lacarga. Los valores que no se encuentran en este rango se guardan en una variable para quitar elpedestal, debido al ruido de la electronica, donde esta montada la senal.


i f ( i>=i t+b i n i n i c i a l −1 && i< i t +( b i n i n i c i a l +ancho )−1)

c a r g a=c a r g a +(x2 ) ;

3. Si el bin inicial es 1 no se restara el pedestal obtenido en el programa. Si en cambio es diferentede 1 a la senal de carga se le restara el pedestal multiplicado por el ancho de la senal para quitaren cada muestra ese valor de ruido no deseado.

i f ( b i n i n i c i a l =!1)

c a r g a=carga−(ancho∗ r u i d o 1 ) ;

4. Antes de guardar la sumatoria de valores solo se le divide entre 50 que es la impedancia o re-sistencia necesaria para obtener el valor de carga.

c a r g a=c a r g a / 5 0 ;

3.3.2.4. Amplitud maxima

Para obtener la amplitud maxima se siguieron los siguientes pasos(Ver figura 3.27):

1. Inicializar la variable ”voltaje max” con -1000 este valor es solo para marcar un valor opuesto alvalor deseado y pueda ser reemplazado rapidamente.

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- Figura 3.26

Figura 3.26: Diagrama de flujo para obtener la carga de la senal.

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v o l t a j e m a x =−1000;

2. Los valores que se utilizan para comparar van desde el bin inicial hasta el ancho de muestras. Losvalores que no se encuentran en este rango se guardan en una variable para quitar el pedestal,debido al ruido de la electronica. Se va comparando valor por valor y el valor mas grande se guar-da en la variable voltaje max. La variable x2 contiene el valor de voltaje leıdo de la salida del PMT.


i f ( v o l t a j e m a x<x2 )

v o l t a j e m a x=x2 ;

3. Si el bin inicial es 1 no se restara el pedestal obtenido en el programa. Si es diferente de 1 a lasenal de voltaje maxima se le restara el pedestal para quitar el valor de ruido no deseado.


v o l t a j e m a x=v o l t a j e m a x−r u i d o 1 ;

4. Se guarda la variable en el archivo de datos.

o u t p u t F i l e <<v o l t a j e m a x ;

3.3.2.5. Voltaje mınimo

Para obtener el voltaje mınimo se siguieron los siguientes pasos (ver figura 3.28):

1. Inicializar la variable ”voltaje min” con 1000. Este valor es solo para marcar un valor opuesto alvalor deseado y pueda ser reemplazado rapidamente.

v o l t a j e m i n =1000;

2. Los valores que se utilizan para comparar van desde bin inicial hasta el ancho de muestras. Losvalores que no se encuentran en este rango se guardan en una variable para quitar el pedestal,debido al ruido de la electronica. Se va comparando valor por valor y el valor menor se guarda enla variable voltaje min. Se restringe al rango determinado donde se encuentra senal. En la variablex2 se tiene el valor de voltaje leıdo de la salida del PMT.

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- Figura 3.27

Figura 3.27: Diagrama de flujo para obtener el valor de voltaje maximo alcanzado por evento.

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i f ( v o l t a j e m i n >x2 )

v o l t a j e m i n=x2 ;

3. Si el bin inicial es 1 no se restara el pedestal obtenido en el programa. Si es diferente de 1 a lasenal de voltaje mınimo se le restara el pedestal para quitar el valor de ruido no deseado.


v o l t a j e m i n=v o l t a j e m i n−r u i d o 1 ;

4. Se guarda la variable en el archivo de datos.

o u t p u t F i l e <<v o l t a j e m i n ;

3.3.2.6. Tiempo t-50

En la figura 3.29 se presenta el diagrama de flujo para obtener el tiempo que tarda la senal en alcanzarel 50 % de su maximo valor.

1. Para obtener este valor se debe haber obtenido un valor de carga final. Este valor de carga semultiplica por 0.5 para encontrar el valor que corresponde al 50 % de la senal y por 0.1 paraencontrar el valor que corresponde al 10 % de la senal. En la variable ”carga” se tiene la cargafinal obtenida por el programa y se usan la variable ct10 y ct50 para guardar el valor al 10 % y al50 % de la carga total respectivamente.

ct10=c a r g a ∗ 0 . 1 ;c t50=c a r g a ∗ 0 . 5 ;

2. Se crean dos variables una llamada ”Carga actual” y otra llamada ”Carga anterior”, las cuales seinicializan en 0.

C a r g a a c t u a l =0;C a r g a a n t e r i o r =0;

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- Figura 3.28

Figura 3.28: Diagrama de flujo para obtener el valor de voltaje mınimo que se encuentra en la senal porevento guardado.

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3. En la variable ”Carga actual” se sigue el mismo proceso para obtener la carga. Es importantemanejar una variable que indique cuantos ns tarda la variable de carga en llegar a su maximovalor, para eso usaremos la variable ”tiempo”.



C a r g a a c t u a l=C a r g a a c t u a l +(x2 ) ;

t iempo=tiempo +1;

4. La variable ”Carga anterior” tendra un valor de carga atrasado, iniciando en 0 cuando Carga actualsea la primera muestra.

C a r g a a n t e r i o r =0;f o r ( i=i t ; i< i t+No muestras ; i++ )



//Aqui va una c o n d i c i on p r e v i a que se e x p l i c a en e l s i g u i e n t e paso .

C a r g a a n t e r i o r=C a r g a a c t u a l ;

5. Se hace una serie de comparaciones para encontrar el valor que corresponde al 50 % de la senal yal 10 %. En ambos casos se encontrara al tener un valor entre la Carga actual y Carga anterior yse interpola el valor en ns correspondiente cuando se tiene el 50 % y el 10 %. Esta condicion vacolocada en la parte senalada en el paso anterior.

i f ( C a r g a a c t u a l >= ct10 && C a r g a a n t e r i o r < ct10 )

t10 =(ct10−C a r g a a n t e r i o r ) /( C a r g a a c t u a l−C a r g a a n t e r i o r )+(tiempo−1) ;i f ( C a r g a a c t u a l >= ct50 && C a r g a a n t e r i o r < ct50 )

t50 =(ct50−C a r g a a n t e r i o r ) /( C a r g a a c t u a l−C a r g a a n t e r i o r )+(tiempo−1) ;

6. Al tiempo que tardo la senal para llegar al 50 % de su valor maximo de carga se le resta el tiempoque tardo la senal para llegar 10 % de su valor maximo de carga.

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o u t p u t F i l e <<t50−t10 ;

3.3.2.7. Tiempo t-90

En la figura 3.30 se puede observar el diagrama de flujo para obtener el tiempo que tarda la senal enalcanzar el 90 % de su maximo valor de carga.

1. Para obtener este valor se debe haber obtenido previamente un valor de carga final. Este valorde carga se multiplica por 0.9 para encontrar el valor que corresponde al 90 % de la senal ypor 0.1 para encontrar el valor que corresponde al 10 % de la senal. Para obtener el tiempo quecorresponde de ir del 10 % de senal hasta el 90 %.

ct10=c a r g a ∗ 0 . 1 ;c t90=c a r g a ∗ 0 . 9 ;

2. Se crean dos variables una llamada ”Carga actual” y otra llamada ”Carga anterior”, las cuales seinicializan en 0.

C a r g a a c t u a l =0;C a r g a a n t e r i o r =0;

3. En la variable carga actual se sigue el mismo proceso que se uso para obtener la carga. Cabesenalar que lo mas importante es obtener el tiempo.




t iempo=tiempo +1;

4. La variable Carga anterior tendra una muestra atrasada iniciando en 0 cuando Carga actual seala primera muestra.

C a r g a a n t e r i o r =0;f o r ( i=i t ; i< i t+No muestras ; i++ )



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- Figura 3.29

Figura 3.29: Diagrama de flujo para obtener el tiempo que tarda la senal en alcanzar el 50 % de su valormaximo.Las variables ct50 y ct10 contienen el valor de carga que corresponde al 10 % y 50 %.

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//Aqui va una c o n d i c i on p r e v i a que se e x p l i c a en e l s i g u i e n t e paso .

C a r g a a n t e r i o r=C a r g a a c t u a l ;

5. Se hace una serie de comparaciones para encontrar el valor que corresponde al 90 % de la cargatotal y al 10 %. En ambos casos se encontrara un valor entre la Carga actual y Carga anterior yse interpola el valor en ns correspondiente a cuando se tiene el 90 % y el 10 %.


t10 =(ct10−C a r g a a n t e r i o r ) /( C a r g a a c t u a l−C a r g a a n t e r i o r )+(tiempo−1) ;i f ( C a r g a a c t u a l >= ct90 && C a r g a a n t e r i o r < ct90 )


6. Al tiempo que tardo la senal para llegar al 90 % de su valor maximo se le resta el tiempo quetardo la senal para llegar 10 % de su valor maximo de carga.

o u t p u t F i l e <<t90−t10 ;

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- Figura 3.30

Figura 3.30: Diagrama de flujo para obtener el tiempo que tarda la senal en alcanzar el 90 % de su valormaximo.Las variables ct10 y ct90 contienen el valor de carga que corresponde al 10 % y 90 %.

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Capítulo 4.Pruebas y Resultados

4.1. Calibracion de los dispositivos VME

4.1.1. Pruebas de calibracion para la tarjeta digitalizadora

Para calibrar la tarjeta digitalizadora se necesita saber que tan consistente y estable es la adquisicionde datos y la variacion que se presenta de un dıa a otro. Se tomaron 5 pruebas con el sistema dereferencia que ha sido adaptado e implementado para la caracterizacion de los fotomultiplicadores deLAGO, tambien se tomaron 6 pruebas con el sistema VME. Esto se hizo con el proposito de observarque tanta diferencia hay entre los sistemas.

La tabla 4.1 contiene la media y desviacion estandar de cada una de las medidas para el sistema decaracterizacion VME. Las histogramas presentados en la figura 4.1 son una comparacion de datos, conla diferencia de un dıa, tomados con el sistema con la electronica de CAEN.

Los valores mas importantes de comparacion para la calibracion de la tarjeta digitalizadora son losde voltaje, los valores de carga y tiempo se obtienen a partir de estos. La prueba consistio en generaruna senal con el LED a partir de que se alimento con una pulso de 30 ns de ancho, 880 mVpp y 1 V deoffset. Se midio la senal para obtener su forma y amplitud, a partir de esta senal se obtuvieron datosde carga y tiempo.

En la tabla 4.2 se encuentra la media y desviacion estandar de cada una de las medidas tomadas en laspruebas con el sistema de referencia. Los histogramas presentados en la figura 4.2 son una comparacionde datos, con la diferencia de un dıa, tomados con el sistema de referencia.

Despues de tener pruebas de estabilidad de cada sistema y la variacion que pueden tener de la tomade datos de un dıa para otro, se tiene una comparacion directa entre ambos sistemas para comprobarque los valores que se obtienen estan dentro de lo permitido. En la figura 4.3 se puede observar unacomparacion grafica de los datos en cada uno de los sistemas.

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CAPITULO 4. PRUEBAS Y RESULTADOS 4.1. CALIBRACION DE LOS DISPOSITIVOS VME

ä Pruebas con el Sistema VME

Carga (pC) σ (pC) Voltaje Maximo (mV) σ (mV) Voltaje Mınimo (mV) σ (mV) t10-t50 (ns) σ (ns)

Prueba 1 87.80 ± 6.304 270.3 ± 30.88 -11.3 ± 6.89 6.845 ± 0.6196

Prueba 2 89.24 ± 6.179 275.0 ± 31.22 -9.983 ± 8.204 5.418 ± 0.5046

Prueba 3 89.12 ± 6.204 274.7 ± 31.34 -9.957 ± 8.155 5.352 ± 0.4754

Prueba 4 89.42 ± 5.945 276.7 ± 30.64 -10.56 ± 7.566 5.320 ± 0.4533

Prueba 5 89.26 ± 6.155 274.5 ± 30.21 -9.956 ± 8.275 5.363 ± 0.5032

Prueba 6 88.98 ± 5.973 275.3 ± 30.29 -10.70 ± 7.888 5.336 ± 0.4728

Tabla 4.1: Se realizaron 6 pruebas con el sistema de caracterizacion VME en cada una se tomaron 2000 datos. Elpulso que se uso es de 880 mVpp, con un offset de 1 V y un ancho de pulso de 30 ns. A partir de este pulso se obtuvieronlos datos de carga, voltaje maximo alcanzado, voltaje mınimo y el tiempo que tarda la senal de carga en alcanzar el 50 %de su carga maxima. Las toma de datos sirve para ver que tan estable es el sistema.

ä Pruebas de calibracion con el Sistema de Referencia

Carga (pC) σ (pC) Voltaje Maximo (mV) σ (mV) Voltaje Mınimo (mV) σ (mV) t10-t50 (ns) σ (ns)

Prueba 1 82.56 ± 5.998 257.9 ± 28.4 -16.49 ± 7.733 7.442 ± 0.6196

Prueba 2 91.15 ± 6.479 272.1 ± 29.68 -14.57 ± 7.704 7.905 ± 0.6548

Prueba 3 91.88 ± 6.272 275.0 ± 29.16 -11.07 ± 7.415 7.901 ± 0.6310

Prueba 4 93.50 ± 6.785 276.0 ± 30.75 -15.28 ± 7.117 7.999 ± 0.6483

Prueba 5 93.64 ± 6.586 277.1 ± 30.35 -13.76 ± 7.842 7.990 ± 0.6815

Tabla 4.2: Se realizaron 5 pruebas con sistema de caracterizacion de referencia en cada una se tomaron 2000 datos. Elpulso que se uso es de 880 mVpp, con un offset de 1 V y un ancho de pulso de 30 ns. A partir de este pulso se obtuvieronlos datos de carga, voltaje maximo alcanzado, voltaje mınimo y el tiempo que tarda la senal de carga en alcanzar el 50 %de su carga maxima. Las toma de datos sirve para ver que tan estable es el sistema.

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- Figura 4.1

(a) Histograma de carga con el sistema VME. (b) Histograma de voltajes maximos con el sistemaVME.

(c) Histograma de voltajes mınimos con el sistemaVME.

(d) Histograma que muestra el tiempo que tardade ir del 10 % hasta el 50 % de la senal de carga.

Figura 4.1: Se obtuvieron histogramas con datos de carga, voltaje maximo alcanzado, el voltaje mınimoy t-50 con el sistema VME. Los datos provienen de las pruebas de estabilidad de la tabla 4.1, se eligieronla prueba 1 y la prueba 6 que tienen 1 dıa de diferencia. Las distribuciones en color rojo corresponden a laprueba 1 y las azules a la prueba 6.

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- Figura 4.2

(a) Histograma de carga con el sistema de referen-cia.

(b) Histograma de voltajes maximos con el sistemade referencia.

(c) Histograma de voltajes mınimos con el sistemade referencia.

(d) Histograma que muestra el tiempo que tardade ir del 10 % hasta el 50 % de la senal de carga.

Figura 4.2: Se obtuvieron histogramas con datos de carga, voltaje maximo alcanzado, el voltaje mınimo yt-50 con el sistema de referencia. Los datos provienen de las pruebas de estabilidad de la tabla 4.2, se eligieronla prueba 1 y la prueba 5 que tienen 1 dıa de diferencia. Las distribuciones en color rojo corresponden a laprueba 1 y las azules a la prueba 5.

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- Figura 4.3

(a) Histograma de comparacion para la carga conambos sistemas.

(b) Histograma de comparacion para el voltajemaximo con ambos sistemas.

(c) Histograma de comparacion para el voltajemınimo con ambos sistemas.

(d) Histograma que muestra el tiempo que tardade ir del 10 % hasta el 50 % de la senal de carga enambos sistemas.

Figura 4.3: A partir de las pruebas de calibracion que vienen en la tabla 4.1 y 4.2 se tomaron los datospara hacer una comparacion grafica directa entre los dos sistemas. En color rojo son las distribuciones quecorresponden al sistema de referencia y en color azul son las distribuciones que corresponden al sistema VME.A la prueba 1 y 6 respectivamente de cada sistema

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De las tablas y graficas se puede observar que los valores del sistema VME son muy parecidos a losdel sistema de referencia y entran en las desviaciones estandar obtenidas. Ademas se puede notar queel sistema VME tiene una mayor estabilidad en cuanto a las lecturas, ya que las lecturas medidas de undıa a otro permanecen con menos variaciones.

4.1.2. Pruebas de calibracion para la fuente de alto voltaje

Se requiere saber si la estabilidad y exactitud de los diferentes canales son lo suficientemente buenospara su uso en los fotomultiplicadores. Se debe tener una estabilidad dentro del 1 % para considerarseadecuadas para su uso. Las pruebas indican que diferencia hay entre el valor que se programa y elmedido, tambien nos indica la variacion con respecto a la temperatura o la correlacion con los otroscanales.

Para hacer la calibracion de la fuente de alto voltaje se hizo un programa Labview, este esta elaboradopara tomar 1000 muestras por minuto, pero por las propias limitaciones de Labview y la velocidad deprocesamiento de la computadora, hacen que el programa tarde en tomar los 1000 datos aproximada-mente 6 min. En resumen, el programa solo se usa para capturar el valor que se mide a traves de unvoltımetro digital y poder hacer algunas pruebas estadısticas.

Se midio cada uno de los 6 canales de la fuente de alto voltaje, se obtuvieron histogramas y se hizoun ajuste gaussiano. El rango donde se toman los datos va de 0 a 950 V con un paso de 50 volts, dandoun total de 20 mediciones. Al completar todas las mediciones por canal se grafica el voltaje programadocontra el voltaje obtenido. A partir de los resultados se obtienen datos acerca del comportamiento linealy la estabilidad. En la tabla 4.3 se muestran las medidas simplemente habilitando el canal de donde sehicieron las mediciones. En la figura 4.4 se pueden ver los resultados medidos en el eje de las ordenadaslos valores medidos y en el eje de las abscisas los valores de los voltajes esperados. En la tabla 4.4 seencendieron todos los canales, dejando con un voltaje de 100 V en cada canal, y se eligio un canal paraempezar con las mediciones y variar de 0 a 950 V con un paso de 50 V, esto se hace para comprobarsi existe una dependencia con los otros canales de alto voltaje. Se presentan los datos medidos contralos datos esperados en la figura 4.5.

La ultima prueba consiste en tomar los valores en 950 V y someter a diferentes temperaturas eldispositivo para ver su comportamiento de acuerdo a las variables de temperatura en el ambiente. Estaprueba consiste en aumentar la temperatura, el aumento de temperatura se consiguio acercando un focode 100 watts a aproximadamente 5 cm de distancia de la fuente de alto voltaje. Tambien se hizo unaprueba sometiendo la fuente a una temperatura mas baja de la ambiente, el decremento de temperaturase produjo con un ventilador apuntando directamente a la fuente. Esto se hizo en los 6 canales. Losresultados de esta prueba se pueden ver en la tabla 4.5.

La figura 4.4 muestra las graficas de voltaje medido vs voltaje esperado, teniendo encendido un solocanal. Las graficas cuentan con barras de error pero ya que se usa la desviacion estandar para graficar

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ä Exactitud de las Fuentes de Alto Voltaje

Canal 0 Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal 4 Canal 5

VoltajeEsperado(V)

Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V)

0 0.000362 ± 0.0009072 0.0005275 ± 0.001366 0.000534 ± 0.000112 -0.0001248 ± 0.001365 0.3581 ± 0.009148 0.008051 ± 0.0002214

50 50.23 ± 0.007341 50.28 ± 0.004642 50.2 ± 0.004691 50.66 ± 0.006276 50.39 ± 0.005977 49.93 ± 0.01394

100 100.4 ± 0.00819 100.4 ± 0.004335 100.3 ± 0.005292 100.8 ± 0.005021 100.3 ± 0.007104 99.92 ± 0.007559

150 150.4 ± 0.00524 150.3 ± 0.006453 150.2 ± 0.004723 150.8 ± 0.00483 150.2 ± 0.0073 149.9 ± 0.007021

200 200.4 ± 0.006537 200.3 ± 0.005636 200.3 ± 0.004256 201 ± 0.005134 200.1 ± 0.005655 200 ± 0.006469

250 250.4 ± 0.004308 250.4 ± 0.005181 250.3 ± 0.006358 251 ± 0.004818 250 ± 0.00575 249.9 ± 0.005972

300 300.3 ± 0.006519 300.4 ± 0.007418 300.3 ± 0.004331 301 ± 0.004865 299.9 ± 0.00576 300 ± 0.0007614

350 350.4 ± 0.005077 350.3 ± 0.005924 350.4 ± 0.00624 351 ± 0.005397 349.8 ± 0.004777 350 ± 0.001046

400 400.4 ± 0.006162 400.4 ± 0.006202 400.4 ± 0.005054 401 ± 0.005436 399.7 ± 0.005205 400 ± 0.007405

450 450.4 ± 0.004417 450.4 ± 0.007889 450.4 ± 0.005026 451.2 ± 0.004978 449.7 ± 0.00536 450 ± 0.007006

500 500.4 ± 0.004764 500.4 ± 0.00642 500.3 ± 0.00587 501.1 ± 0.005273 499.6 ± 0.006331 499.9 ± 0.006691

550 550.5 ± 0.004052 550.5 ± 0.006124 550.4 ± 0.00536 551.2 ± 0.00609 549.8 ± 0.005639 550 ± 0.006377

600 600.4 ± 0.004341 600.5 ± 0.00561 600.5 ± 0.005679 601.2 ± 0.006378 599.7 ± 0.004945 600 ± 0.007115

650 650.4 ± 0.00438 650.5 ± 0.007609 650.5 ± 0.005108 651.3 ± 0.007546 649.7 ± 0.004768 650 ± 0.00474

700 700.5 ± 0.005438 700.6 ± 0.00732 700.6 ± 0.004669 701.3 ± 0.008674 699.8 ± 0.005178 700 ± 0.005703

750 750.4 ± 0.005534 750.5 ± 0.006718 750.5 ± 0.004666 751.3 ± 0.005679 749.7 ± 0.006928 749.9 ± 0.006873

800 800.5 ± 0.007416 800.5 ± 0.006164 800.6 ± 0.005625 801.3 ± 0.005191 799.8 ± 0.005665 799.8 ± 0.007441

850 850.5 ± 0.004476 850.4 ± 0.006802 850.6 ± 0.005698 851.3 ± 0.00506 849.8 ± 0.006036 849.7 ± 0.006202

900 900.6 ± 0.007707 900.6 ± 0.007122 900.7 ± 0.004983 901.3 ± 0.007362 899.9 ± 0.006032 899.9 ± 0.008088

950 950.5 ± 0.00581 950.5 ± 0.005696 950.6 ± 0.005108 951.3 ± 0.005786 949.9 ± 0.006691 949.7 ± 0.006107

Tabla 4.3: Datos para la calibracion de la fuente de alto voltaje. Se tomaron 1000 datos por cada muestra de voltaje.Estos datos se tomaron para ver que tan exactos son los valores medidos con los esperados.

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- Figura 4.4

(a) Canal 0. (b) Canal 1.

(c) Canal 2. (d) Canal 3.

(e) Canal 4. (f) Canal 5.

Figura 4.4: Se debe ver que tan exactos son los canales de alto voltaje y ver si estos cuentan con algunerror sistematico. Se tomaron 1000 datos para cada voltaje y a partir de la media y desviacion estandar quese muestran en la tabla 4.4 se obtuvieron las graficas que corresponden al voltaje programado vs el voltajemedido, los errores son de milesimas de voltaje por lo tanto no se aprecian en la grafica.

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dichos errores y la fuente muestra una estabilidad bastante buena, las barras de error son imperceptiblesgraficamente. En esta figura se puede ver si hay un error sistematico en los valores medidos.

Las fuentes cuentan con error sistematico al tratar de iniciarlas con el valor deseado. Este error vaaumentando mientras se vaya eligiendo un voltaje mucho mas elevado, pero no es significativo para laspruebas en las que se desean emplear, ya que se tiene un margen de error de 8 volts a 17 volts. El errorpromedio de cada canal se puede ver en la figura 4.6:

El canal 0 cuenta con un error promedio de 0.4 volts, el error va creciendo con el aumento delvoltaje.

El canal 1 cuenta con un error promedio de 0.49 volts, el error va creciendo con el aumento devoltaje.

El canal 2 cuenta con un error promedio 0.405 volts, el error va creciendo con el aumento devoltaje.

El canal 3 cuenta con un error promedio de 1.053 volts , el error va creciendo con el aumento devoltaje.

El canal 4 cuenta con un error promedio de -0.0926 volts, el error de voltaje va de un valor positivoa a uno negativo.

El canal 5 cuenta con un error promedio -0.0721 volts, este error es el mas estable y cercano alvalor deseado.

Los 6 canales presentan un comportamiento bastante estable ya que a pesar del error sistematico quedifiere por canal al seleccionar el valor presentan una desviacion tıpica muy baja.

El canal 3 es el que presenta la diferencia mas grande de voltaje entre el deseado y el medido, mientrasque el canal 5 es el que da los valores mas cercanos a los deseados. Los canales 0, 1 y 2 tienen uncomportamiento similar dando los errores hacia un voltaje un poco mayor y el canal 4 los errores danun voltaje un poco menor.

En cuanto a la dependencia al tener todos los canales activados o solo uno, no se percibe unadependencia muy marcada ya que en cada una de las mediciones con todos los canales activados, losvalores son muy cercanos a las pruebas con un solo canal activado.

Al someterse a un aumento de temperatura a la ambiental las fuentes hacen que el voltaje quepresentan a temperatura ambiente sea menor, esta disminucion de voltaje esta entre 0.6 a 1 volt.Mientras que en la prueba a una temperatura mas baja hay una pequena variacion con los valores dela temperatura ambiente aproximadamente de 0.2 a 0.3 volts, pero se presenta una desviacion tıpicamayor en las pruebas realizadas.

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ä Dependencia entre canales


VoltajeEsperado(V)

Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V)

0 0.002964 ± 0.001914 0.2138 ± 0.01056 0.007818 ± 0.0008079 0.4345 ± 0.005419 0.5198 ± 0.08519 0.002858 ± 0.0005879

50 50.22 ± 0.005305 50.29 ± 0.005532 50.19 ± 0.007796 50.49 ± 0.006516 50.48 ± 0.005197 49.92 ± 0.06849

100 100.4 ± 0.005244 100.4 ± 0.006925 100.3 ± 0.005126 100.6 ± 0.00642 100.4 ± 0.005746 99.93 ± 0.01241

150 150.4 ± 0.005594 150.3 ± 0.0052 150.2 ± 0.005237 150.6 ± 0.005519 150.3 ± 0.005033 149.9 ± 0.0086

200 200.4 ± 0.005447 200.3 ± 0.007539 200.2 ± 0.005573 200.7 ± 0.006124 200.2 ± 0.004622 200 ± 0.005718

250 250.4 ± 0.006927 250.3 ± 0.005743 250.2 ± 0.005496 250.8 ± 0.005451 250.1 ± 0.004694 249.9 ± 0.007454

300 300.3 ± 0.005415 300.3 ± 0.006027 300.3 ± 0.005816 300.8 ± 0.004773 300 ± 0.00465 300 ± 0.0009552

350 350.4 ± 0.006083 350.3 ± 0.005761 350.4 ± 0.006196 350.8 ± 0.006252 349.9 ± 0.00637 350 ± 0.007014

400 400.4 ± 0.00504 400.3 ± 0.004859 400.3 ± 0.006347 400.8 ± 0.005595 399.7 ± 0.007368 400 ± 0.005564

450 450.4 ± 0.005077 450.4 ± 0.005836 450.4 ± 0.004625 450.9 ± 0.006709 449.7 ± 0.004732 450 ± 0.007386

500 500.4 ± 0.005866 500.4 ± 0.005923 500.3 ± 0.005236 500.9 ± 0.005407 499.6 ± 0.004965 499.9 ± 0.006685

550 550.5 ± 0.005107 550.4 ± 0.005578 550.3 ± 0.005522 551 ± 0.00549 549.8 ± 0.006188 550.1 ± 0.006564

600 600.4 ± 0.005409 600.5 ± 0.005636 600.4 ± 0.007091 601 ± 0.005287 599.7 ± 0.00588 600 ± 0.007015

650 650.4 ± 0.005083 650.4 ± 0.005278 650.4 ± 0.004711 651.1 ± 0.00494 649.7 ± 0.005875 650 ± 0.007053

700 700.5 ± 0.004519 700.5 ± 0.005287 700.4 ± 0.004683 701.1 ± 0.006704 699.7 ± 0.005519 700 ± 0.00695

750 750.4 ± 0.005916 750.5 ± 0.005377 750.4 ± 0.004811 751.1 ± 0.007851 749.6 ± 0.005722 749.9 ± 0.005306

800 800.5 ± 0.006299 800.4 ± 0.005638 800.5 ± 0.005898 801.1 ± 0.00671 799.7 ± 0.006172 799.8 ± 0.006788

850 850.4 ± 0.004803 850.4 ± 0.006002 850.5 ± 0.004902 851.1 ± 0.006907 849.7 ± 0.005536 849.7 ± 0.00586

900 900.6 ± 0.005789 900.5 ± 0.006935 900.6 ± 0.004345 901.1 ± 0.005041 899.9 ± 0.005874 899.9 ± 0.007228

950 950.5 ± 0.006778 950.4 ± 0.004972 950.5 ± 0.005588 951.1 ± 0.007239 949.9 ± 0.00531 949.7 ± 0.006423

Tabla 4.4: Datos medidos de la fuentes de alto voltaje, teniendo todas encendidas. Se tomaron 1000 datos por cadamuestra de voltaje. Estos datos se tomaron para ver si hay una dependencia al tener un solo canal encendido o todos.

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- Figura 4.5

(a) Canal 0. (b) Canal 1.

(c) Canal 2. (d) Canal 3.

(e) Canal 4. (f) Canal 5.

Figura 4.5: Se requiere saber si existe alguna dependencia entre los canales que hagan que nuestradesviacion estandar se incremente o se modifique, ası que se tomaron 1000 datos por cada voltaje conla variante que todos los canales estaban encendidos y con un voltaje de 100 V. A partir de las medias ydesviaciones estandar de la tabla 4.4 se obtienen las graficas que presentan el voltaje programado vs el voltajemedido, los errores son de milesimas de voltaje por lo tanto no se aprecian en la grafica.

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ä Pruebas de Correlacion de Temperatura de la Fuente de Alto Voltaje


Temperatura (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V) Media (V) σ (V)

Ambiente 950.5 ± 0.00581 950.5 ± 0.005696 950.6 ± 0.005108 951.3 ± 0.005786 949.9 ± 0.006691 949.7 ± 0.006107

< Ambiente 950.6 ± 0.007138 950.4 ± 0.00595 950.4 ± 0.001181 951.1 ± 0.007042 950.1 ± 0.09622 949.9 ± 0.007738

> Ambiente 950 ± 0.005783 949.8 ± 0.006651 949.8 ± 0.008874 950.3 ± 0.02154 949.3 ± 0.006245 949.3 ± 0.003425

Tabla 4.5: Datos de la fuente de alto voltaje sometida a temperatura mayor y menor a la ambiente. Se tomaron 1000datos por cada muestra de voltaje.

- Figura 4.6

Figura 4.6: Cada canal cuenta con un error sistematico, se ha obtenido el promedio de este error por cadacanal en el rango de 0 a 950 V.

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CAPITULO 4. PRUEBAS Y RESULTADOS 4.2. CARACTERIZACION DE UN PMT

4.2. Caracterizacion de un PMT

Para conocer las caracterısticas de un PMT se deben realizar algunas pruebas para obtener los datosnecesarios, y ası saber el estado y caracterısticas del tubo fotomultiplicador. Los parametros que permitencaracterizar un PMT son:

Corriente oscura del PMT: nos indica que parte de la senal es ruido, se debe conocer para poderidentificar correctamente las senales que se reciben.

Linealidad del PMT: la region lineal es donde se desea trabajar ya que facilita los calculos. Si elPMT no tiene un comportamiento lineal se deben hacer las correcciones pertinentes en el valorque no se comporta de manera lineal.

Respuesta del PMT a un fotoelectron: esta prueba nos sirve para ver el comportamiento del PMTal incidir la mınima cantidad de luz, tambien sirve para obtener la ganancia del PMT.

Ganancia del PMT: cada PMT tiene una ganancia distinta al aplicarse un determinado voltaje,la importancia de conocer la curva de ganancia es que los PMTs que trabajan en un mismoarreglo, necesitan tener la misma ganancia para poder tener coherencia en los datos que se estenrecibiendo, al conocer la curva de ganancia se pueden calibrar todos los PMTs para tener la mismaganancia.

La hoja de datos con varios parametros y caracterısticas del PMT que se uso para las pruebas antesmencionadas se anexa en el apendice C.

4.2.1. Corriente oscura del PMT

Una pequena cantidad de corriente fluye en un tubo fotomultiplicador incluso cuando es operado encompleta oscuridad. Esta corriente de salida es llamada corriente oscura e idealmente deberıa ser lo maspequena posible porque los tubos fotomultiplicadores son usados para detectar pequenas cantidades deluz.

Las senales obtenidas seran aquellas que provengan de:

Ruido de la electronica.

Emision termoionica de corriente.

Corriente de fuga.

Emision de campo de corriente.

Corriente de ruido causado por rayos cosmicos y rayos gamma ambientales.

La prueba consiste en tomar senales del PMT sin ninguna senal luminosa, variando su sensibilidad,desde un voltaje de alimentacion de 800 V a 1700 V. El PMT se aısla en una caja disenada para queno entre la luz como se muestra en la figura 4.7.

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- Figura 4.7

Figura 4.7: Arreglo experimental para la prueba de corriente oscura del PMT.

En la figura 4.8 se puede observar un ejemplo de un histograma de carga que se obtiene para unvoltaje de alimentacion de 1500 V en el PMT. Al obtener el valor de la media con sus respectivadesviacion estandar se puede obtener una grafica de voltaje de alimentacion del PMT vs carga que seilustra en la figura 4.9, los valores se pueden observar en la tabla 4.6. La grafica indica la corrienteoscura presente en el tubo fotomultiplicador para los diferentes voltajes de alimentacion.

4.2.2. Linealidad del PMT

La linealidad del PMT es la capacidad del tubo fotomultiplicador para proporcionar ya sea en amplitudde la senal de salida o carga una relacion lineal con el voltaje de alimentacion del PMT. El voltaje dealimentacion del PMT varıa de 950 a 1600 volts. En este rango de voltaje se debe encontrar donde secomporta linealmente ya que en estos valores se realizaran las demas pruebas.

El fotomultiplicador necesita estar aislado de la luz para evitar cualquier senal luminosa externa. Sele hara incidir directamente la luz de un LED, el cual se alimenta con una senal que es controlada poruna generador de funciones (ver figura 4.10). Para alimentarlo se usa un pulso con una amplitud de880 mVpp, un offset de 1 volt y un ancho de pulso de 29 ns. El ancho de pulso pequeno y el voltajereducido es para evitar que el PMT se sature y el volt de compensacion se decidio por medio de variaspruebas para evitar un rizado en la senal.

Un ejemplo de un histograma que se usa para encontrar la region lineal se muestra en la figura 4.11.Esta figura permite comparar los valores obtenidos en los diferentes sistemas de caracterizacion. Enla tabla 4.7 se pueden observar los datos tomados que se usaron para graficar la respuesta del PMT,que proporciona una comparacion directa entre los valores obtenidos entre el sistema de referencia y elsistema VME.

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- Figura 4.8

Figura 4.8: La prueba de corriente oscura consiste en tomar datos del PMT aıslado de cualquier senalluminosa. En el histograma que se ilustra se tomaron 2000 eventos y se realizo alimentando el PMT con unvoltaje de 1500 V. El histograma en color azul es que se obtuvo del sistema de referencia y en rojo es con elsistema VME para la prueba de corriente oscura del PMT.

- Figura 4.9

(a) Variacion de la corriente oscura del PMT dadapor la carga con respecto al voltaje de alimentaciondel PMT.

(b) Variacion de la corriente oscura del PMT dadapor la carga con respecto al voltaje de alimentaciondel PMT con su respectivo ajuste.

Figura 4.9: Variacion de la corriente oscura del PMT dada por la carga con respecto al voltaje dealimentacion del PMT, se hicieron 19 pruebas donde se varıa el voltaje de alimentacion del PMT de 800hasta 1700 V. El PMT se mantiene trabajando en completa oscuridad.

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ä Corriente Oscura del PMT

Sistema VME Sistema de Referencia Sistema VME Sistema de Referencia

Voltaje (V) Carga (pC) σ (pC) Carga (pC) σ (pC) Amplitud Maxima(mV) σ (mV) Amplitud Maxima(mV) σ (mV)

1700 0.1302 ± 0.1124 0.01407 ± 0.1035 2.152 ± 0.5904 0.3099 ± 0.2622

1650 0.1196 ± 0.1079 0.007577 ± 0.1005 2.116 ± 0.5873 0.3075 ± 0.2547

1600 0.07686 ± 0.1182 0.01502 ± 0.1005 2.147 ± 0.6347 0.333 ± 0.2453

1550 0.07685 ± 0.1189 0.01145 ± 0.09795 2.145 ± 0.622 0.3187 ± 0.2364

1500 0.08133 ± 0.1119 0.0102 ± 0.1026 2.103 ± 0.6104 0.321 ± 0.2458

1450 0.1286 ± 0.1142 0.01134 ± 0.1079 2.166 ± 0.5883 0.313 ± 0.2656

1400 0.1334 ± 0.1159 0.01448 ± 0.1024 2.194 ± 0.6136 0.3211 ± 0.2573

1350 0.07758 ± 0.1196 0.01538 ± 0.1011 2.113 ± 0.6215 0.3207 ± 0.2635

1300 0.1307 ± 0.1094 0.01594 ± 0.1003 2.183 ± 0.5967 0.3325 ± 0.2494

1250 0.05455 ± 0.1123 0.01369 ± 0.1025 2.026 ± 0.6057 0.3134 ± 0.2546

1200 0.1162 ± 0.1099 0.01453 ± 0.1008 2.178 ± 0.6131 0.3241 ± 0.248

1150 0.06056 ± 0.1142 0.0121 ± 0.0976 2.05 ± 0.6105 0.3259 ± 0.2476

1100 0.06843 ± 0.1202 0.01411 ± 0.1001 2.074 ± 0.6036 0.3211 ± 0.2543

1050 0.06178 ± 0.1226 0.01397 ± 0.1007 2.113 ± 0.6035 0.315 ± 0.2462

1000 0.1234 ± 0.106 0.01259 ± 0.09804 2.15 ± 0.603 0.3267 ± 0.2427

950 0.0674 ± 0.1125 0.01207 ± 0.1011 2.062 ± 0.6278 0.3106 ± 0.2572

900 0.1528 ± 0.1096 0.01341 ± 0.09616 2.21 ± 0.6136 0.3226 ± 0.2463

850 0.06286 ± 0.1152 0.01406 ± 0.09992 2.064 ± 0.6165 0.3145 ± 0.2588

800 0.1423 ± 0.1116 0.01073 ± 0.1012 2.119 ± 0.5968 0.305 ± 0.2648

Tabla 4.6: Medias y desviaciones estandar obtenidas de la prueba de corriente oscura del PMT donde se tomaron2000 datos por cada valor de alimentacion de voltaje. El tubo fotomultiplicador se aısla de la luz.

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- Figura 4.10

Figura 4.10: Arreglo experimental para la prueba de linealidad del PMT.

- Figura 4.11

Figura 4.11: Ejemplo de un histograma para la prueba de linealidad del PMT con un voltaje de ali-mentacion de 1500 volts. El LED es alimentado con un pulso con una amplitud de 880 mVpp, un offset de1 volt y un ancho de pulso de 29 ns. En azul se muestra el histograma obtenido con el sistema de referenciay en rojo con el sistema VME.

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- Figura 4.12

(a) Variacion de la carga con respecto al voltaje dealimentacion del PMT para obtener una curva delinealidad del PMT.

(b) Variacion de la carga con respecto al voltajede alimentacion del PMT para obtener una curvade linealidad del PMT, se puede ver su ajuste paraencontrar una recta o region lineal.

Figura 4.12: Variacion de la carga con respecto al voltaje de alimentacion del PMT para obtener unacurva de linealidad del PMT. En rojo se pueden ver los resultados que corresponden al sistema VME y enazul al sistema de referencia.

Se puede obtener como resultado una grafica de voltaje de alimentacion del PMT vs carga ilustradoen la figura 4.12, donde se debe observar en que parte de la curva tienen un comportamiento lineal. Losvalores graficados se pueden observar en la tabla 4.7. A la grafica se le puede ajustar una linea recta yaque es el comportamiento que se esta buscando que se observa en la figura 4.12b.

4.2.3. Respuesta de un PMT a un fotoelectron

La respuesta del PMT a un fotoelectron consiste en lograr que el fotocatodo pueda generar solo unfotoelectron debido a la incidencia de luz. Los pulsos deberan ser pequenos en amplitud y ancho delpulso. Con esta prueba se tendra una referencia de la energıa mınima que el PMT es capaz de observar,ası como la ganancia y su sensibilidad.

En esta prueba como en las anteriores el fotomultiplicador necesita seguir estando aislado de la luzpara evitar cualquier senal luminosa externa. Se le hara incidir la luz de un LED de manera indirecta,para asegurarse que la senal que alcanza al PMT sea lo mas pequena posible, para lograrlo se utilizo unapantalla blanca para dispersar la luz del LED, ilustrado en la figura 4.13. La senal con la que el LEDse alimenta es controlada por una generador de funciones. Para alimentarlo se usa un pulso con unaamplitud de 880 mVpp, un voltaje de compensacion de 1 volt y un ancho de pulso va de 18.5 ns a 20ns. El ancho de pulso es pequeno y el voltaje reducido para evitar que el PMT se sature. El voltaje de1 V de compensacion se decidio por medio de varias pruebas para evitar un ruido en la senal.

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ä Linealidad del PMT

Sistema VME Sistema de Referencia Sistema VME Sistema de Referencia

Voltaje (V) Carga (pC) σ (pC) Carga (pC) σ (pC) Amplitud Maxima(mV) σ (mV) Amplitud Maxima(mV) σ (mV)

1600 532.1 ± 28.47 559.4 ± 43.53 1762 ± 181.1 1652 ± 161.7

1550 311.4 ± 16.13 359.2 ± 29.46 1168 ± 122.9 1071 ± 103.9

1500 211.4 ± 13.29 229.3 ± 18.82 748.7 ± 76.98 678.1 ± 66.85

1450 135.1 ± 8.363 144.8 ± 12.38 476.3 ± 48.59 427.4 ± 42

1400 84.79 ± 5.255 89.81 ± 7.783 297.9 ± 31.39 263.8 ± 25.85

1350 51.46 ± 3.26 55.14 ± 4.918 180.8 ± 18.9 155.7 ± 15.72

1300 30.46 ± 1.948 32.35 ± 3.027 106.6 ± 11.53 89.58 ± 9.118

1250 17.25 ± 1.153 18.43 ± 1.778 61.16 ± 6.254 48.34 ± 4.927

1200 9.416 ± 0.6471 10.37 ± 1.032 33.58 ± 3.553 25.06 ± 2.77

1150 4.886 ± 0.4198 5.452 ± 0.6061 17.84 ± 1.878 12.29 ± 1.535

1100 2.396 ± 0.3294 2.725 ± 0.3736 9.164 ± 1.049 5.705 ± 1.002

1050 1.084 ± 0.2921 0.9894 ± 0.2715 2.937 ± 0.3672 1.609 ± 0.715

1000 0.3706 ± 0.2876 0.3713 ± 0.2329 1.373 ± 0.2808 0.756 ± 0.5934

950 0.06812 ± 0.297 0.06952 ± 0.2191 0.6791 ± 0.2007 0.518 ± 0.5792

Tabla 4.7: Datos obtenidos de la prueba de linealidad del PMT. Se tomaron 2000 datos. El pulso que se uso es de880 mVpp, con un offset de 1 V y un ancho de pulso de 29 ns.

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- Figura 4.13

Figura 4.13: Arreglo experimental para la respuesta del PMT a un fotoelectron. Se trata de hacer incidirla mınima cantidad de luz, por lo que la luz de LED se dispersa por medio de una pantalla blanca.

En esta prueba se realizo un variado en el voltaje de alimentacion del PMT de 1650 a 1500 V. Seuso el ancho de pulso de 19 ns. Los histogramas obtenidos, con diferentes voltajes de alimentacion,en los dos sistemas de caracterizacion se pueden observar en la figura 4.14 y los datos capturadospara esta prueba se encuentra en la tabla 4.8. Al final se puede observar una grafica que muestra elcomportamiento del PMT, variando el voltaje de alimentacion y recibiendo la menor cantidad de fotones(ver figura 4.15).

4.2.4. Ganancia del PMT

La ganancia del PMT es un factor proporcional del numero de electrones resultantes que son colecta-dos por el anodo por cada electron que golpea el fotocatodo. La ganancia cambia de acuerdo al voltajede alimentacion del PMT.

La carga obtenida es la resultante de la prueba de respuesta del PMT a un fotoelectron y la cargaconocida es la que se desea medir la de un fotoelectron. Se usaran los resultados obtenidos en la pruebade respuesta de un fotoelectron con la variacion del voltaje de alimentacion del PMT y usando el anchode pulso de 19 ns.

Para obtener la Ganancia del PMT se utilizara la siguiente ecuacion:

Ganancia =Carga Obtenida

Carga Conocida

Un ejemplo de este calculo es tomando los valores obtenidos para un voltaje de alimentacion de 1550V:

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- Figura 4.14

(a) Voltaje de Alimentacion del PMT de 1650 (b) Voltaje de Alimentacion del PMT de 1600

(c) Voltaje de Alimentacion del PMT de 1550 (d) Voltaje de Alimentacion del PMT de 1500

Figura 4.14: Se muestran 4 histogramas para la respuesta del PMT a un fotoelectron para diversos voltajesde alimentacion del PMT. En rojo se pueden ver los histogramas que corresponden al sistema VME y en azulal sistema de referencia. El LED es alimentado con un pulso de 880 mVpp, 1 v de offset y 19 ns de ancho depulso, para cada histograma se tomaron 50000 datos. La razon por la que se sale uno de los histogramas decarga de la grafica es que el programa toma los ejes correspondientes al histograma rojo como referencia.

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- Figura 4.15

(a) Respuesta del PMT a un fotoelectron (b) Respuesta del PMT a un fotoelectron ajustandouna lınea recta

Figura 4.15: La imagen muestra la curva para la respuesta del PMT a un fotoelectron. En rojo se puedever la curva que corresponde al sistema VME y en azul al sistema de referencia. El LED es alimentado con unpulso de 880 mVpp, 1 v de offset y 19 ns de ancho de pulso. Estos puntos en la grafica se obtienen graficandola media y desviacion estandar de los histogramas de la figura 4.14.

ä Respuesta del PMT a un Fotoelectron

Sistema VME Sistema de Referencia

Voltaje (V) Carga (pC) σ (pC) Carga (pC) σ (pC)

1650 2.746 ± 1.724 2.651 ± 1.626

1600 1.905 ± 1.214 1.893 ± 1.422

1550 1.227 ± 0.9734 1.191 ± 1.17

1500 0.6724 ± 0.8863 0.8267 ± 0.6907

Tabla 4.8: Datos obtenidos de la prueba de respuesta del PMT a un fotoelecton. Se tomaron 50000 datos. El pulsoque se uso es de 880 mVpp, con un offset de 1 V y un ancho de pulso de 19 ns.

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- Figura 4.16

(a) Curva de ganancia del PMT (b) Curva de ganancia del PMT ajustando una lınearecta.

Figura 4.16: A partir de la prueba de respuesta del PMT a un fotoelectron donde LED es alimentado conun pulso de 880 mVpp, 1 V de offset y 19 ns de ancho de pulso, se toma la media obtenida para cada voltajecomo la carga conocida, solamente se aplica la formula Ganancia = Carga Obtenida

Carga Conocida , tomando como carga

conocida 1.602× 10−19 que es la carga absoluta de un electron. Cada valor de ganancia obtenido se graficavs el voltaje de alimentacion del PMT para obtener la curva de ganancia del tubo fotomultiplicador.

Ganancia =1.227× 10−12

1.602× 10−19= 7.659× 106

Este valor es cercano al valor esperado para el PMT y que proporciona el fabricante, ya que en lahoja de especificaciones el fabricante indica que tiene una ganancia de 7× 106.

De esta forma con los datos de la prueba anterior y haciendo los calculos pertinentes (ver tabla 4.9),se puede obtener una curva de ganancia que corresponde al tubo fotomultiplicador (ver figura 4.16).

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ä Ganancia del PMT

Sistema VME Sistema de Referencia

Voltaje (V) Ganancia (×106) σ (×106) Ganancia (×106) σ (×106)

1650 17.14 ± 10.79 16.55 ± 10.15

1600 11.89 ± 7.578 11.82 ± 8.876

1550 7.659 ± 6.076 7.434 ± 7.303

1500 4.197 ± 5.532 5.16 ± 4.311

Tabla 4.9: A partir de la prueba de respuesta del PMT a un fotoelectron donde LED es alimentado con un pulso de880 mVpp, 1 V de offset y 19 ns de ancho de pulso, se toma la media obtenida para cada voltaje como la carga conocida,solamente se aplica la formula Ganancia = Carga Obtenida

Carga Conocida , tomando como carga conocida 1.602 × 10−19 que es lacarga absoluta de un electron. En la tabla se encuentran los valores medio obtenidos y la desviacion estandar usandopropagacion de errores.

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Capítulo 5.Conclusiones

Los tubos fotomultiplicadores necesitan trabajar con la misma ganancia para poder tener la mismasensibilidad. Al detectar un evento si en un arreglo de tubos fotomultplicadores se trabaja sin estarcorrectamente calibrados, al hacer el analisis de los datos conducira a datos poco fiables e incorrectos.Por lo dicho anteriormente es de vital importancia tener un sistema de caracterizacion para los PMTs.

El principal objetivo de este trabajo de tesis es la construccion de un sistema de caracterizacionde tubos fotomultiplicadores, basado en la electronica que utiliza el canal de comunicacion VME. Lacaracterizacion de los PMTs se hizo a traves de las pruebas de corriente oscura, linealidad, respuesta aun fotoelectron y ganancia. Este objetivo se logro mediante la programacion en C++ de la electronicamodular.

Se logro una reduccion de tiempo considerable entre el sistema de referencia y el sistema VME. Elsistema de referencia tarda 7.5 min aproximadamente por cada 1000 datos. Por ejemplo si se quieredeterminar la corriente oscura del PMT mediante la adquisicion de 2000 datos para 19 valores de voltajediferentes, el sistema de referencia se tarda 4 h 45 min, mientras que el sistema VME en la misma pruebase tardarıa 10 min. Para la prueba de linealidad del PMT si se toman 2000 datos para cada valor devoltaje y se toman 15 valores, el sistema de referencia tarda 3 h 45 min en tomar datos el sistema VMEtarda 14 min. Para obtener la respuesta de un fotoelectron se necesitan 50000 datos, con esto se calculaque el sistema anterior tarda aproximadamente 6 horas y el nuevo sistema tarda 20 min. Y por ultimopara obtener la curva de ganancia del PMT se hace con 4 diferentes voltajes la prueba de respuesta delPMT a un fotoelectron, tardando un total 26 h con el sistema de referencia y solamente 1 h 20 min conel sistema VME de caracterizacion. En la tabla 5.1 se puede ver la comparacion de tiempos en cuantoa la toma de datos para las diferentes pruebas.

El tiempo no es constante ya que el sistema esta hecho para reducir tiempo en la toma continua dedatos, la toma de 1000 datos con el nuevo sistema se tarda como 7 seg aproximadamente pero a esose anaden 15 seg que corresponde al tiempo de espera mientras la tarjeta digitalizadora se configura.En la prueba de corriente oscura del PMT se reduce la cantidad de muestras tomadas.

86

CAPITULO 5. CONCLUSIONES 5.1. APLICACIONES

ä Comparacion de Tiempos de Caracterizacion

Sistema de Referencia Sistema VME

Tiempo de Toma de Datos Tiempo de Toma de Datos Eficiencia

horas minutos horas minutos ( %)

1000 datos 7.5 0.5 93.33

Corriente Oscura del PMT 4 45 10 96.49

Linealidad del PMT 3 45 14 93.78

Respuesta del PMT a un Fotoelectron 6 20 94.44

Ganancia del PMT 26 1 20 94.87

Tabla 5.1: La tabla muestra los tiempos de caracterizacion aproximados para las siguientes pruebas:Corriente oscura del PMT: se toman 2000 datos para 19 valores de voltaje.Linealidad del PMT: se toman 2000 datos para 15 valores de voltaje.Respuesta del PMT a un fotoelectron: se toman 50000 datos para 1 valor de voltaje.Ganancia del PMT: se toman 50000 datos para 4 valores de voltaje.

Se pudieron comprobar parametros importantes de los tubos fotomultiplicadores como lo son lacorriente oscura, linealidad, respuesta a un fotoelectron y ganancia comparandola con el sistema dereferencia, ası que se puede concluir que el nuevo sistema ha sido ajustado y calibrado de maneraadecuada para la toma de datos utiles e importantes para caracterizar los tubos fotomultiplicadores.

5.1. Aplicaciones

El sistema es util para cualquier aplicacion que utilice tubos fotomultiplicadores y quiera conocer elestado actual de los PMTs.

Monitoreo ambiental por medio de la quimiluminiscencia de fase. Este es un metodo para medir elozono por reaccion quımica con etileno, el ozono emite luz y esa luz se mide con un tubo fotomultipli-cador. La cantidad de luz indica la cantidad presente de ozono.

Deteccion de materiales radiactivos ya que en la naturaleza tanto como en la industria existen mate-riales que pueden emitir partıculas muy energeticas. Existen isotopos naturales como el gas radon queemite partıculas alfa y puede ser perjudicial en altas concentraciones, el carbono-14 que se utiliza paradeterminar la edad de muestras organicas. El plutonio que es uno de los elementos mas importanteseconomicamente, puede ser utilizado y producido en grandes cantidades en los reactores nucleares seemplea como combustible nuclear en la produccion de isotopos radiactivos para la investigacion y comoagente fisionable en armas nucleares, ademas es un veneno extremadamente peligroso debido a su alta

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CAPITULO 5. CONCLUSIONES 5.2. TRABAJO A FUTURO

radiactividad.

En medicina nuclear se utilizan diferentes tipos de isotopos que son administrados al paciente outilizados en laboratorio en pruebas analıticas con fines de diagnosticos. En el campo de terapia laradiacion ionizante se emplea para el tratamiento de tumores malignos, dando lugar a la especialidaddenominada radioterapia. Existe un dispositivo llamado PET (tomografıa de emision de positrones)que emplean radionuclidos que emiten positrones en vez de fotones como en los metodos clasicos demedicina nuclear.

El sistema se puede usar para un espectrometros de energıas, ya que complementando el trabajoserıa capaz de distinguir entre la energıa de las fuentes. Servirıa para la caracterizacion de fuentes omateriales detectores de radiacion.

5.2. Trabajo a futuro

El sistema podra servir para caracterizar algunos de los fotomultiplicadores que son utilizados enHAWC y que se requiera saber las condiciones o caracterısticas que se tienen actualmente y el desgasteque han tenido. Tambien se ocupara para la caracterizacion de los PMT que se ocuparan en LAGO, paraque las caracterısticas especificadas por el fabricante se cumplan y obtener el voltaje de alimentacionpara la ganancia que se tiene pensado usar en los tubos fotomultiplicadores de LAGO .

El sistema sera capaz de realizar la adquisicion de 6 fotomultiplicadores simultaneamente. Se cuentacon el codigo para dicha adquisicion con el nuevo sistema de caracterizacion, pero se necesita crear unelemento para poder aislar de la luz los 6 PMTs.

La programacion esta hecha de manera robusta y muy sencilla, pero se quiere desarrollar una interfazgrafica para que cualquier persona pueda utilizar el programa de caracterizacion de manera amigable eintuitiva.

Algo muy importante es que el sistema de caracterizacion se puede usar para la deteccion de partıculas,anadiendo los componentes como un material centellador o hacer un pequeno detector Cherenkov deagua se podrıan caracterizar fuentes de radiacion.

El codigo de programacion se puede implementar y modificar en cuanto a la senal de disparo, confi-gurarla de forma de autodisparo para que el propio sistema sea capaz de detectar una partıcula depen-diendo de los umbrales que se configuren. Y en un arreglo de PMTs se puede comprobar coincidenciasde partıculas detectadas para descartar las senales que solo hayan sucedido en solo un PMT y seanproducto del ruido ambiental.

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Apéndice A.Código de Adquisición

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗//∗ Este programa s i r v e para tomar una s e r i e de pruebas , e s t e numero de pruebas ∗//∗ se c o n t r o l a por medio de l a v a r i a b l e l i . ∗//∗ ∗//∗ Cont i ene una f u n c i on que l i m i t a que l a f u e n t e de a l t o v o l t a j e no de mas d e l ∗//∗ v o l t a j e e s t a b l e c i d o como maximo , ademas c o n t i e n e un i f para hace r l a misma ∗//∗ f u n c i on en e l programa . ∗//∗ ∗//∗ Ve r s i on que se e s t a u t i l i z a n d o para l a s p ruebas de ru ido , aun no c on t i e n e ∗//∗ menu ap rop i ado para una f a c i l i n t e r a c c i on con e l u s u a r i o ∗//∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ L i b r e r i a s ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

#inc lude <s y s / t y p e s . h>#inc lude #inc lude <f s t r e a m>#inc lude ”V6533 . h”#inc lude ”CAENVMEtypes . h”#inc lude ”CAENVMElib . h”#inc lude ”CAENVMEoslib . h”#inc lude <s t d i o . h>#inc lude ” CAE NDig i t i ze r . h”#inc lude ” keyb . h”#inc lude <t ime . h>

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

#def ine CAEN USE DIGITIZERS#def ine IGNORE DPP DEPRECATED#def ine base 0 xEE220000

// Dec l a r a c i o n de l a d i r e c c i o n de l a s f u e n t e s de a l t o v o l t a j e ./∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ Dec l a r a c i o n de Func ione s ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

void c o n f d i g i ( u s h o r t No Muestras , i n t h a n d l e ) ;

89

APENDICE A. CODIGO DE ADQUISICION

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

i n t main ( void )

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ Dec l a r a c i o n de v a r i a b l e s ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

i n t c h a n n e l =0;i n t 3 2 t D e v i c e ( 0 ) ;unsigned i n t Data ( 0 ) ;u i n t 1 6 t uData ( 0 ) ;u s h o r t uData a ;char l i n k [70]= ” l n −s /home/mauro/ Documents /VME PROG/” ;// D i r e c c i o n para c r e a r un s o f t l i n k

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ Va r i a b l e Menu∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

u s h o r t u D a t a v o l t a j e =14500;u s h o r t No Eventos =3000;u s h o r t V o l t a j e M a x =17000;i n t No Pruebas =3;u s h o r t P a s o V o l t a j e =500;u s h o r t No Muestras =500;i n t P o l a r i d a d =−1;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// c o n f i g u r a c i on para e l t iempo

t i m e t t ;t ime (& t ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Con f i g u r a r e l puente usb/∗ The f o l l o w i n g v a r i a b l e i s the type r e t u r n e d from most o f CAENDig i t i ze r l i b r a r yf u n c t i o n s and i s used to check i f t h e r e was an e r r o r i n f u n c t i o n e x e c u t i o n . Forexample : r e t = CAEN DGTZ some function ( some args ) ;i f ( r e t ) p r i n t f (”Some e r r o r ”) ; ∗/

CAEN DGTZ ErrorCode r e t ;

/∗ The f o l l o w i n g v a r i a b l e w i l l be used to get an hand l e r f o r the d i g i t i z e r . Thehand l e r w i l l be used f o r most o f CAENDig i t i ze r f u n c t i o n s to i d e n t i f y the board ∗/

i n t h a n d l e ;CAEN DGTZ BoardInfo t B o a r d I n f o ;CAEN DGTZ EventInfo t e v e n t I n f o ;CAEN DGTZ UINT16 EVENT t ∗ Evt1 = NULL ;void ∗ Evt=(void ∗) Evt1 ;char ∗ b u f f e r = NULL ;

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i n t i , j i =1;i n t c = 0 , count =0;f l o a t c a r g a =0;char ∗ e v t p t r = NULL ;u i n t 3 2 t s i z e , b s i z e ;u i n t 3 2 t numEvents =0;i = s i z e o f ( CAEN DGTZ TriggerMode t ) ;i n t x ;char conv [ 1 5 ] ;char v a r s i g [15]= ” s i g n a l ” ;// v a r i a b l e donde se guarda e l nombre d e l a r c h i v o .

/∗ IMPORTANT: The f o l l o w i n g f u n c t i o n i d e n t i f i e s the d i f f e r e n t boards w i th a systemwhich may change f o r d i f f e r e n t conne c t i on methods (USB, Conet , ecc ) . Re f e r toCAENDig i t i ze r u s e r manual f o r more i n f o .b r i e f :CAEN DGTZ OpenDigitizer(<LikType>,<LinkNum>,<ConetNode>,<VMEBaseAddress>,<∗hand l e r

>) ;Some examples below ∗/

/∗ The f o l l o w i n g i s f o r b boards connected v i a b USB d i r e c t l i n k si n t h i s ca s e you must s e t<LikType> = CAEN DGTZ USB and <ConetNode> = <VMEBaseAddress> = 0 ∗/// r e t = CAEN DGTZ OpenDigitizer (CAEN DGTZ USB , b , 0 , 0 , &hand l e [ b ] ) ;/∗ The f o l l o w i n g i s f o r b boards connected v i a 1 o p t i c a l L i n k i n dasy cha i ni n t h i s ca s e you must s e t<LikType> = CAEN DGTZ PCI OpticalLink and <LinkNum> = <VMEBaseAddress> = 0 ∗/// r e t=CAEN DGTZ OpenDigitizer ( Params [ b ] . LinkType , 0 , b , Params [ b ] . VMEBaseAddress ,&

hand l e [ b ] ) ;/∗ The f o l l o w i n g i s f o r b boards connected to A2818 ( or A3818 ) v i a o p t i c a l L i n k ( orUSB with A1718 ) i n t h i s ca s e the boards a r e a c c e s s ed th rough t VME bus , and you musts p e c i f y the VME add r e s s o f each board :<LikType> = CAEN DGTZ PCI OpticalLink ( CAEN DGTZ PCIE OpticalLink f o r A3818 or

CAEN DGTZ USB f o r A1718 )<LinkNum> must be the b r i d g e i d e n t i f i e r<ConetNode> must be the po r t i d e n t i f i e r i n ca se o f A2818 or A3818 ( or 0 i n ca s e o f

A1718 )<VMEBaseAddress > [0 ] = <0xXXXXXXXX> ( add r e s s o f f i r s t board )<VMEBaseAddress > [1 ] = <0xYYYYYYYY> ( add r e s s o f second board ). . .<VMEBaseAddress>[b−1] = <0xZZZZZZZZ> ( add r e s s o f l a s t board )See the manual f o r d e t a i l s ∗///0xEE440000 d i r e c c i on d e l puente usb

r e t = CAEN DGTZ OpenDigitizer (CAEN DGTZ USB , 0 , 0 , 0 xEE440000 ,& h a n d l e ) ;i f ( r e t != CAEN DGTZ Success )

p r i n t f ( ”Can not open d i g i t i z e r \n” ) ;goto QuitProgram ;

/∗ una vez que tengamos e l i d e n t i f i c a d o r ( hand l e ) de l a d i g i t a l i z a d o r a , podemos

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u sa r e s t e para l l ama r o t r a s f u n c i o n e s ∗/

r e t = CAEN DGTZ GetInfo ( handle , &B o a r d I n f o ) ;p r i n t f ( ”\nConnected to CAEN D i g i t i z e r Model %s , r e c o g n i z e d as board %d\n” ,

B o a r d I n f o . ModelName , 0) ;p r i n t f ( ”\tROC FPGA R e l e a s e i s %s \n” , B o a r d I n f o . ROC FirmwareRel ) ;p r i n t f ( ”\tAMC FPGA R e l e a s e i s %s \n” , B o a r d I n f o . AMC FirmwareRel ) ;r e t = CAEN DGTZ Reset ( h a n d l e ) ;

/∗ Reset D i g i t i z e r ∗/

r e t = CAEN DGTZ GetInfo ( handle , &B o a r d I n f o ) ;/∗ Get Board I n f o ∗/

r e t = CAEN DGTZ SetRecordLength ( handle , No Muestras ) ;/∗ Set the l e n gh t o f each waveform ( i n samples ) ∗/

r e t = CAEN DGTZ SetChannelEnableMask ( handle , 1 ) ;/∗ Enab le channe l 0 ∗/

// r e t = CAEN DGTZ SetChannelTriggerThreshold ( handle , 0 , 5 00 ) ; /∗ Set s e l f T r i g g e rt h r e s h o l d ∗/

// r e t = CAEN DGTZ SetChannelSel fTr igger ( handle ,CAEN DGTZ TRGMODE ACQ AND EXTOUT, 1 ) ;

/∗ Set t r i g g e r on channe l 0 to be ACQ ONLY ∗/

r e t = CAEN DGTZ SetExtTriggerInputMode ( handle , CAEN DGTZ TRGMODE ACQ AND EXTOUT) ;r e t = CAEN DGTZ SetRunSynchronizationMode ( handle , CAEN DGTZ RUN SYNC Disabled ) ;

// r e t = CAEN DGTZ SetSWTriggerMode ( handle ,CAEN DGTZ TRGMODE ACQ AND EXTOUT) ;/∗ Set the behav i ou r when a SW t i r g g e r a r r i v e s ∗/

r e t = CAEN DGTZ SetMaxNumEventsBLT ( handle , 1 ) ;/∗ Set the max number o f e v en t s to t r a n s f e r i n a s i g l e r eadou t ∗/

// r e t = CAEN DGTZ SetChannelTriggerThreshold ( handle , 0 , 510) ;// r e t = CAENDGTZ API CAEN DGTZ SetTr iggerPolar i ty ( handle , 0 ,

CAEN DGTZ TriggerOnFall ingEdge ) ;

r e t = CAENDGTZ API CAEN DGTZ SetTr iggerPolar i ty ( handle , 0 ,CAEN DGTZ TriggerOnRisingEdge ) ;

r e t = CAENDGTZ API CAEN DGTZ SetPostTriggerSize ( handle , 70) ;

// r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 34720) ;// r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 32767) ;// Pu l so b i p o l a r de −0.5 a 0 .5 Vo l t s// r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 10599) ;// Pu l so Negat i vo Co r r e g i do de 0 a −1 Vo l t// r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 58785) ;// Pu l so P o s i t i v o Co r r e g i do de 0 a 1 Vo l t// r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 0) ;// Pu l so Negat i vo de 0 a −1 Vo l t// r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 65535) ;

92 de 108


// Pu l so P o s i t i v o de 0 a 1 Vo l t

r e t = CAEN DGTZ SetChannelDCOffset ( handle , 0 , 15599) ;// Pu l so VME

// r e t = CAEN DGTZ SetAcquisitionMode ( handle ,CAEN DGTZ SW CONTROLLED) ;/∗ Set the a c q u i s i t i o n mode ∗/// r e t = CAEN DGTZ SetAcquisitionMode ( handle , CAEN DGTZ S IN CONTROLLED) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗mod i f i c a c i o n d e l c o n t r o l de I /O d e l pane l f r o n t a l d e l puente usb , para poder u sa r

se n a l e s TTL∗/

CAENVME ReadCycle ( Device , 0 xEE440000+0x811C , &uData , cvA32 U DATA , cvD32 ) ;

// s td : : cout<<s t d : : hex<<uData<<s t d : : e nd l ;

uData = uData & 0xFFFE ;uData = uData | 0 x0001 ;

// s td : : cout<<s t d : : hex<<uData<<s t d : : e nd l ;

CAENVME WriteCycle ( Device , 0 xEE440000+0x811C , &uData , cvA32 U DATA , cvD32 ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Vo l t a j e Maximo// I n d i c a s e l v o l t a j e maximo que q u i e r e s que de l a s f u e n t e s de a l t o v o l t a j e .

i f ( Vo l ta je Max >20000)

V o l t a j e M a x =20000;

uData a=V o l t a j e M a x ;CAENVME WriteCycle ( Device , base + VMAX , &uData a , cvA32 U DATA , cvD16 ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Set v o l t a g e//La c ond i c i o n s i r v e para l i m i t a r e l v o l t a j e den t ro d e l programa

i f ( Vo l ta je Max >20000)

V o l t a j e M a x =20000;

i f ( u D a t a v o l t a j e>=V o l t a j e M a x )

u D a t a v o l t a j e=V o l t a j e M a x ;e l s e i f ( u D a t a v o l t a j e <=0)

u D a t a v o l t a j e =0;

c h a n n e l =0;

93 de 108


CAENVME WriteCycle ( Device , base + (VSET+( c h a n n e l ∗VSET) ) , &u D a t a v o l t a j e ,cvA32 U DATA , cvD16 ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗///ramp down and ramp up : Ve l o c i dad de sub i da y ba jada

uData a =500;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (RAMP UP+( c h a n n e l ∗RAMP UP) ) , &uData a ,

cvA32 U DATA , cvD16 ) ;uData a =500;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (RAMP DOWN+( c h a n n e l ∗RAMP DOWN) ) , &uData a ,


/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Encender c ana l de l a f u e n t e de a l t o v o l t a j e .


cvD16 ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// C i c l o que nos ayuda a hace r l i p ruebas .

f o r ( i n t l i =1; l i <=No Pruebas ; l i ++)

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Set v o l t a g e

i f ( u D a t a v o l t a j e>=V o l t a j e M a x )

u D a t a v o l t a j e=V o l t a j e M a x ;e l s e i f ( u D a t a v o l t a j e <=0)

u D a t a v o l t a j e =0;c h a n n e l =0;CAENVME WriteCycle ( Device , base + (VSET+( c h a n n e l ∗VSET) ) , &u D a t a v o l t a j e ,


/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Lec tu r a de un a r c h i v o . t x t para mod i f i c a r e l numero de i d e n t i f i c a c i o n de l o s// a r c h i v o s

FILE ∗ a r c h i v o ;a r c h i v o=f op en ( ”/home/mauro/ Documents /VME PROG/ f i l e c o u n t e r . t x t ” , ” r ” ) ;f s c a n f ( a r c h i v o , ” %d” ,&x ) ;

94 de 108


f c l o s e ( a r c h i v o ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// Formacion de l a cadena para e l nombre d e l a r c h i v o de l a se n a l

s p r i n t f ( conv , ” %d” , x ) ;s t r c a t ( v a r s i g , conv ) ;s t r c a t ( v a r s i g , ” . dat ” ) ;s t d : : cout<<v a r s i g <<s t d : : e n d l ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// gua rda r nuevo numero d e l a r c h i v o

a r c h i v o=f op en ( ”/home/mauro/ Documents /VME PROG/ f i l e c o u n t e r . t x t ” , ”w” ) ;x=x +1;f p r i n t f ( a r c h i v o , ” %d” , x ) ;f c l o s e ( a r c h i v o ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

i f ( r e t != CAEN DGTZ Success )

p r i n t f ( ” E r r o r s d u r i n g D i g i t i z e r C o n f i g u r a t i o n .\ n” ) ;goto QuitProgram ;

/∗ Mal loc Readout Bu f f e r .NOTE1: The ma l l o c s must be done AFTER d i g i t i z e r ´s c o n f i g u r a t i o n !NOTE2: I n t h i s example we use the same bu f f e r , f o r e v e r y board . WeUse the f i r s t board to a l l o c a t e the bu f f e r , so i f the c o n f i g u r a t i o ni s d i f f e r e n t f o r d i f f e r e n t boards ( or you use d i f f e r e n t board models ) , may betha t the s i z e to a l l o c a t e must be d i f f e r e n t f o r each one . ∗/

r e t = CAEN DGTZ MallocReadoutBuffer ( handle ,& b u f f e r ,& s i z e ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ S t a r t A c q u i s i t i o n ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗NB: the a c q u i s i t i o n f o r each board s t a r t s when the f o l l o w i n g l i n e i s e xecu tedso i n g e n e r a l the a c q u i s i t i o n does NOT s t a r t s s y n c r o n ou s l y f o r d i f f e r e n t boards ∗/

s l e e p ( 1 5 ) ;r e t = CAEN DGTZ SWStartAcquisit ion ( h a n d l e ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ S t a r t a c q u i s i t i o n l oop ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

whi le ( 1 )

r e t = CAEN DGTZ ReadData ( handle , CAEN DGTZ SLAVE TERMINATED READOUT MBLT ,b u f f e r ,& b s i z e ) ;

/∗ Read the b u f f e r from the d i g i t i z e r ∗//∗ The b u f f e r r ead from the d i g i t i z e r i s used i n the o th e r f u n c t i o n s to ge t the

95 de 108


even t data the f o l l o w i n g f u n c t i o n r e t u r n s the number o f e v en t s i n the b u f f e r ∗/

r e t = CAEN DGTZ GetNumEvents ( handle , b u f f e r , b s i z e ,& numEvents ) ;s t d : : cout<<b s i z e <<s t d : : e n d l ;p r i n t f ( ” . ” ) ;count +=numEvents ;f o r ( i =0; i<numEvents ; i ++)

/∗ Get the I n f o s and p o i n t e r to the even t ∗/r e t = CAEN DGTZ GetEventInfo ( handle , b u f f e r , b s i z e , i ,& e v e n t I n f o ,& e v t p t r ) ;

/∗ Decode the even t to ge t the data ∗/r e t = CAEN DGTZ DecodeEvent ( handle , e v t p t r ,& Evt ) ;Evt1= ( CAEN DGTZ UINT16 EVENT t∗) Evt ;u i n t 1 6 t ∗ l= ∗ ( (∗ Evt1 ) . DataChannel ) ;u i n t 3 2 t max= ∗ ( (∗ Evt1 ) . ChSize ) ;s t d : : f s t r e a m o u t p u t F i l e ;o u t p u t F i l e . open ( v a r s i g , s t d : : i o s : : out | s t d : : i o s : : app ) ;f o r ( i n t j =0; j<No Muestras ; j ++)

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗PULSO NEGATIVO∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗//∗ El o f f s e t desde e l VME es 0 ∗//∗ La se n a l que se adqu i e r e va de 0 a 1023 . ∗//∗ Y se t i e n e un o f f s e t de 111.728 mV. ∗//∗ El 0 e q u i v a l e a l o s −111.728 , una se n a l mayor a e s t e v o l t a j e s e r a de t e c t ada ∗//∗ como 0 . ∗//∗ El rango adecuado s e r ıa de −111.728 a −1111.728 mV ∗//∗ Se t i e n e un f a t o r de a t e nua c i on en 1 v o l t p i c o a p i c o de 1 . 1 0 8 . ∗//∗ La d i v i s i on de 1023 es para n o rma l i z a r a 1 , l a m u l t i p l i c a c i o n por 1000 es ∗//∗ para c o n v e r t i r en mV ∗//∗ La r e s t a de 1000 es para c o n v e r t i r e l p u l s o en nega t i vo , l a m u l t i p l i c a c i o n ∗//∗ por 1 .108 es para compensar l a a t enuac i on y l a r e s t a de −111.728 es para ∗//∗ se n a l a r e l o f f s e t d e l s i s t ema . ∗//∗ Ajus tando l o s v a l o r e s para que tome co r r e c t amen t e desde e l 0 e l o f f s e t desde ∗//∗ e l VME es 10599 . ∗//∗ Y se t i e n e un o f f s e t de 97 .675 mV. ∗//∗ Se t i e n e un f a c t o r de a t e nua c i on en 1 v o l t p i c o a p i c o de 1 . 1 1 4 . ∗//∗ La d i v i s i on de 1023 es para n o rma l i z a r a 1 , l a m u l t i p l i c a c i o n por 1000 es ∗//∗ para c o n v e r t i r en mV ∗//∗ La r e s t a de 1000 es para c o n v e r t i r e l p u l s o en nega t i vo , l a m u l t i p l i c a c i o n ∗//∗ por 1 .114 es para compensar l a a t enuac i on y l a suma de 97 .675 es para ∗//∗ compensar e l o f f s e t d e l s i s t ema . ∗//∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

// pu l s o n ega t i v o// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023 .0 ) ∗1000.0−1000) ∗1.108−111.728)

/ 5 0 . 0 ;

96 de 108


// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 023 . 0 ) ∗1000.0−1000)∗1.108−111.728)<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;

// pu l s o n ega t i v o c o r r e g i d o// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023 .0 ) ∗1000.0−1000) ∗1.114+97.675)

/ 5 0 . 0 ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 023 . 0 ) ∗1000.0−1000)

∗1.114+97.675)<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗PULSO POSITIVO∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗//∗ El o f f s e t desde e l VME es 65535 ∗//∗ La se n a l que se adqu i e r e va de 0 a 1023 . ∗//∗ Y se t i e n e un o f f s e t de 52 .995 mV. ∗//∗ El 0 e q u i v a l e a l o s 52 .995 , una se n a l menor a e s t e v o l t a j e s e r a de t e c t ada ∗//∗ como 0 . ∗//∗ El rango adecuado s e r ıa de 52 .995 a 1052.995 mV ∗//∗ Se t i e n e un f a c t o r de a t e nua c i on en 1 v o l t p i c o a p i c o de 1 . 1 0 6 . ∗//∗ La d i v i s i on de 1023 es para n o rma l i z a r a 1 , l a m u l t i p l i c a c i o n por 1000 es ∗//∗ para c o n v e r t i r en mV. ∗//∗ l a m u l t i p l i c a c i o n por 1 .106 es para compensar l a a t enuac i on y l a suma de ∗//∗ 52 ,995 es para se n a l a r e l o f f s e t d e l s i s t ema . ∗//∗ Ajus tando l o s v a l o r e s para que tome co r r e c t amen t e desde e l 0 e l o f f s e t desde ∗//∗ e l VME es 58785 . ∗//∗ Y se t i e n e un o f f s e t de 78 .684 mV. ∗//∗ Se t i e n e un f a c t o r de a t e nua c i on en 1 v o l t p i c o a p i c o de 1 . 1 0 7 . ∗//∗ La d i v i s i on de 1023 es para n o rma l i z a r a 1 , l a m u l t i p l i c a c i o n por 1000 es ∗//∗ para c o n v e r t i r en mV ∗//∗ La mu l t i p l i c a c i o n por 1 .107 es para compensar l a a t enuac i on y l a suma de ∗//∗ 78 .684 es para compensar e l o f f s e t d e l s i s t ema . ∗//∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

// Pu l so p o s i t i v o// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023 .0∗1000∗1 .106) +52.995) /50) ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 023 . 0 ) ∗1000∗1 .106) +52.995)

<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;// Pu l so p o s i t i v o c o r r e g i d o// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023 .0∗1000) ∗1.107−78.684) /50) ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 023 . 0 ) ∗1000) ∗1.107−78.684)

<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗PULSO BIPOLAR∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗//∗ El o f f s e t desde e l VME es 32767 ∗//∗ La se n a l que se adqu i e r e va de 0 a 1023 . ∗//∗ Y se t i e n e un o f f s e t de 52 .995 mV. ∗//∗ El 0 e q u i v a l e a l o s 52 .995 , una se n a l menor a e s t e v o l t a j e s e r a de t e c t ada ∗//∗ como 0 ∗/

97 de 108


/∗ El rango adecuado s e r ıa de 52 .995 a 1052.995 mV ∗//∗ Se t i e n e un f a c t o r de a t e nua c i on en 1 v o l t p i c o a p i c o de 1 . 1 0 6 . ∗//∗ La d i v i s i on de 1023 es para n o rma l i z a r a 1 , l a m u l t i p l i c a c i o n por 1000 es ∗//∗ para c o n v e r t i r en mV, l a m u l t i p l i c a c i o n por 1 .106 es para compensar l a ∗//∗ a t enuac i on y l a suma de 52 ,995 es para se n a l a r e l o f f s e t d e l s i s t ema . ∗//∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023.0∗1000−500) ∗1.103−27.786) /50) ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 023 . 0 ) ∗1000−500)

∗1.103−27.786)<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗PULSO VME∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗//∗ El o f f s e t desde e l VME es 15599 ∗//∗ La se n a l que se adqu i e r e va de 0 a 1023 . ∗//∗ Y se t i e n e un o f f s e t de 201.194 mV. ∗//∗ Se t i e n e un f a c t o r de a t enuac i on en 1 v o l t p i c o a p i c o de 1 .073 ∗//∗ La d i v i s i on de 1023 es para n o rma l i z a r a 1 , l a m u l t i p l i c a c i o n por 1000 es ∗//∗ para c o n v e r t i r en mV, l a m u l t i p l i c a c i o n por 1 .073 es para compensar l a ∗//∗ a t enuac i on y l a suma de 201.194 es para compensar e l o f f s e t d e l s i s t ema . ∗//∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023.0∗1000−1000) ∗1.072+201.194) /50) ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 023 . 0 ) ∗1000−1000)

∗1.072+201.194)<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;

c a r g a = c a r g a + P o l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023.0∗1000−1000) ∗1.023+189.4) /50) ;o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<P o l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] / 1 0 2 3 . 0 ) ∗1000−1000)∗1.023+189.4)<<” ”<<carga<<” ”<<a s c t i m e ( l o c a l t i m e (& t ) ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// ca rga = carga + Po l a r i d a d ∗ ( ( ( ( l [ j ] ) /1023) ∗1000∗1 .07) −526.5−93.62) / 5 0 . 0 ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( ( l [ j ] ) /1023 .0 ) ∗1000∗1 .07)

−526.5−93.62<<” ”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;// o u t p u t F i l e << j i <<” ”<<Po l a r i d a d ∗ ( ( l [ j ]−511.5) /1023) ∗1.07∗1000<<”

”<<carga<<” ”<<a sc t ime ( l o c a l t i m e (&t ) ) ;

j i ++;o u t p u t F i l e . c l o s e ( ) ;

// Event E l a b o r a t i o nr e t = CAEN DGTZ FreeEvent ( handle ,& Evt ) ;

i f ( count >= No Eventos ) goto Cont inue ;

98 de 108


Cont inue :p r i n t f ( ”\nBoard %d : R e t r i e v e d %d Ev ent s \n” , 0 , count ) ;goto Cont inueProgram ;

/∗ Quit program r o u t i n e ∗/

Cont inueProgram :s t r c a t ( l i n k , v a r s i g ) ;s t r c a t ( l i n k , ” /home/mauro/ Documents / r o o t /” ) ;system ( l i n k ) ;

u D a t a v o l t a j e = u D a t a v o l t a j e−P a s o V o l t a j e ;numEvents =0;count =0;conv [15]=NULL ;c a r g a =0;x =0;j i =1;s t r c p y ( v a r s i g , ” s i g n a l ” ) ;s t r c p y ( l i n k , ” l n −s /home/mauro/ Documents /VME PROG/” ) ;r e t= CAEN DGTZ SWStopAcquisition ( h a n d l e ) ;r e t = CAEN DGTZ FreeReadoutBuffer(& b u f f e r ) ;

QuitProgram :/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

//Apagar c ana l


cvD16 ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/// C lo s e the d i g i t i z e r s

r e t = CAEN DGTZ CloseDig it izer ( h a n d l e ) ;

return 0 ;/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗FUNCIONES∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

99 de 108

Apéndice B.Código de Procesado

#inc lude #inc lude <f s t r e a m>#inc lude <s t d i o . h>

i n t main ( void )

FILE ∗ f i c h e r o ;FILE ∗ f i c h e r o 2 ;

// char nombre [ 1 0 ] = ” datos . dat ” ;unsigned i n t i , i p r i m a , i 2 =1;f l o a t x1 =1, x2 =0, x3 =0;f l o a t c a r g a =0, i t =1;f l o a t v o l t a j e m a x =0, v o l t a j e m i n =0;f l o a t prom max=0, prom min =0;f l o a t r u i d o 1 =0, r u i d o 2 =0;f l o a t t10 =0, t50 =0, t90 =0, ct10 =0, ct50 =0, ct90 =0;f l o a t C a r g a a c t u a l =0, C a r g a a n t e r i o r =0, t iempo =1;char c1 [ 1 0 ] , c2 [ 1 0 ] , c3 [ 1 0 ] , c4 [ 1 0 ] , c5 [ 1 0 ] ;f i c h e r o = fo pe n ( ”/home/mauro/ Documents / r o o t / s i g n a l 1 4 9 5 . dat ” , ” r ” ) ;f i c h e r o 2 = f op en ( ”/home/mauro/ Documents / r o o t / s i g n a l 1 4 9 5 . dat ” , ” r ” ) ;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗//∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗VARIABLES MENU∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

unsigned i n t b i n i n i c i a l =200;unsigned i n t ancho =150;f l o a t No muestras =500;f l o a t N o e v e n t o s =2000;

/∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗/

s t d : : f s t r e a m o u t p u t F i l e ;o u t p u t F i l e . open ( ”/home/mauro/ Documents / r o o t / a n a l i s i s 1 4 9 5 . dat ” , s t d : : i o s : : out |

s t d : : i o s : : t r u n c ) ;

// s td : : cout<<v a r s i g<<s t d : : e nd l ;

do

t iempo =1;

100

APENDICE B. CODIGO DE PROCESADO

C a r g a a c t u a l =0;C a r g a a n t e r i o r =0;c a r g a =0;r u i d o 1 =0;r u i d o 2 =0;v o l t a j e m a x =−1000;v o l t a j e m i n =1000;f o r ( i=i t ; i< i t+No muestras ; i++ )

f s c a n f ( f i c h e r o , ” % f \ t % f \ t % f \ t %s %s %s %s %s \n” ,&x1 ,&x2 ,&x3 , c1 , c2 , c3 , c4 , c5 ) ;i f ( i=i t+b i n i n i c i a l −1 && ix2 )

v o l t a j e m i n=x2 ;c a r g a=c a r g a +(x2 ) ;

i f ( i>=i t +( b i n i n i c i a l + ancho )−1)

r u i d o 2=r u i d o 2+x2 ;

// s td : : cout<<ru ido1<<” ”<<ru ido2<<s t d : : e nd l ;

r u i d o 1=r u i d o 1 /( b i n i n i c i a l −1) ;r u i d o 2=r u i d o 2 /( No muestras−b i n i n i c i a l −ancho +1) ;

// s td : : cout<<ru ido1<<” ”<<ru ido2<<s t d : : e nd l ;

i f ( r u i d o 1<=r u i d o 2 )

r u i d o 1=r u i d o 2 ;ct10=c a r g a ∗ 0 . 1 ;c t50=c a r g a ∗ 0 . 5 ;c t90=c a r g a ∗ 0 . 9 ;prom max=prom max+v o l t a j e m a x ;prom min=prom min+v o l t a j e m i n ;


c a r g a=carga−(ancho∗ r u i d o 1 ) ;

101 de 108


v o l t a j e m a x=v o l t a j e m a x−r u i d o 1 ;v o l t a j e m i n=v o l t a j e m i n−r u i d o 1 ;

f o r ( i p r i m a=i t ; i p r i m a=i t+b i n i n i c i a l −1 && i p r i m a< i t +( b i n i n i c i a l +ancho )−1)

C a r g a a c t u a l=C a r g a a c t u a l+x2 ;

// s td : : cout<<Carga ac tua l<<” ”<<Ca r g a an t e r i o r <<” ”<<ct10<<” ”<<ct50<<” ”<<ct90<<s t d : : e nd l ;



// s td : : cout<<t10 < < ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t10”<<s t d : : e nd l;



// s td : : cout<<t50 < < ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t50”<<s t d : : e nd l ;



// s td : : cout<<t90 < < ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t90”<<s t d : : e nd l ;

C a r g a a n t e r i o r=C a r g a a c t u a l ;t iempo=tiempo +1;

o u t p u t F i l e <<i 2<<” ”<<c a r g a/50<<” ”<<v o l t a j e m i n <<” ”<<v o l t a j e m a x<<””<<t50−t10<<” ”<<t90−t10<<s t d : : e n d l ;

p r i n t f ( ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . %u\n” , i 2 ) ;i 2=i 2 +1;i t=x1 ;whi le ( i2<=N o e v e n t o s ) ;prom max=prom max/ N o e v e n t o s ;prom min=prom min / N o e v e n t o s ;p r i n t f ( ” % f \ t % f \n” , prom max , prom min ) ;o u t p u t F i l e . c l o s e ( ) ;

102 de 108


// s td : : cout<<r u i d o1 ;

i f ( ! f c l o s e ( f i c h e r o ) && ! f c l o s e ( f i c h e r o 2 ) )p r i n t f ( ” F i c h e r o c e r r a d o \n” ) ;

e l s e

p r i n t f ( ” E r r o r : f i c h e r o NO CERRADO\n” ) ;return 1 ;

return 0 ;

103 de 108

Apéndice C.Hoja de datos del PMT

104

APENDICE C. HOJA DE DATOS DEL PMT

200 mm (8") photomultiplier9354KB series data sheet

1 description

2 applications

3 features

4 envelope characteristics

spectral range *(nm) 275 - 630refractive index (n ) 1.49d

K (ppm) 60Th (ppb) 30U (ppb) 30

9354KB borosilicate

The 9354KB is a 200mm (8”) diameter end window photomultiplier with blue-green sensitive bialkali photocathode on a hemispherical window, and 12 high gain, high stability, SbCs dynodes of linear focused design for good linearity and timing. The entire envelope is manufactured in water-resistant, ultra-low background glass, which is made to special order.

high energy physics studies

entire envelope of ultra-low background glass2 detectionlarge active arealow operating voltagegood SERfast time responsetransit time jitter optimisedhigh pulsed linearity

5 typical spectral response curve

100 300 500 700 9000

10

20

30

quan

tum

effi

cien

cy%

wavelength nm

7 typical voltage gain characteristics

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00.1

1

10

100

1,000

10,000

104

105

106

107

108

500

2,000

A/l

m

Vk-a (kV)

gaindivider A divider B

photocathode: bialkali active diameter active surface area quantum efficiency at peak luminous sensitivity with CB filter with CR filterdynodes: 12LFSbCsanode sensitivity in divider A: nominal anode sevsitivity max. rated anode sensitivity overall V for nominal A/lm overall V for max. rated A/lm gain at nominal A/lm volts for 5 x 107 gaindark current at 20ºC: dc at nominal A/lm dc at max. rated A/lm dark count rateafterpulse rate afterpulse time window pulsed linearity (-5% deviation): divider A divider Bpulse height resolution: single electron peak to valleyrate effect (Imagnetic field sensitivity: the field for which the output decreases by 50% most sensitive directiontemperature coefficient:timing: multi electron rise time multi electron (fwhm) single electron rise time single electron (fwhm) single electron jitter (fwhm) transit timeweight:maximum ratings: anode current cathode current gain sensitivity temperature V (k-a)(1)

V (k-d1) V (d-d) ambient pressure (absolute)

for g/g=1%):

(2)

a

mmcm2

%µA/lm

A/lmA/lm

VV

x106

V

nAnAs-1

%µs

mAmA

ratioµA

T x 10-4

% C-1

nsnsnsnsnsnsg

µAnA

x 106

A/lmoCVVV

kPa

1904303070121

500200013001400

7

101004000

5

30100

220

0.4 ± 0.5

46

3.54.52.765

700

9

0.4

1.5

-30

1700

2800

100

1000010

12.8

100150030

200060

2350600300202

unit min typ max

º

6 characteristics

105 de 108

APENDICE C. HOJA DE DATOS DEL PMT

choose accessories for this pmt on our websiteET Enterprises Limited45 Riverside WayUxbridge UB8 2YFUnited Kingdomtel: +44 (0) 1895 200880fax: +44 (0) 1895 270873e-mail: [email protected] site: www.et-enterprises.com

The company reserves the right to modify these designs and specifications without notice.Developmental devices are intended for evaluation and no obligation is assumed for futuremanufacture. While every effort is made to ensure accuracy of published information thecompany cannot be held responsible for errors or consequences arising therefrom.

an ISO 9001 registered company

© ET Enterprises Ltd, 2010DS_ 9354KB Issue 8 (17/11/10)

ADIT Electron Tubes300 Crane StreetSweetwater TX 79556 USAtel: (325) 235 1418toll free: (800) 521 8382fax: (325) 235 2872e-mail: [email protected] site: www.electrontubes.com

9 external dimensions mmThe drawings below show the 9354KB with the B20 cap fitted, and the 9354KFLB in flying lead format with a temporary B20 cap fitted. This temporary cap is attached as agreed with the customer.

8 voltage divider distribution

Characteristics contained in this data sheet refer to divider Aunless stated otherwise.

AB

600V 2R 2R600V

R3R

StandardRR

R2R

R3R

R4R

k ad1 d2 d3 d9 d10 d11 d12

High Pulsed linearity

note: focus connected to d3

d4 d8

1.5R1.5R

RR

10 base configuration (viewed from below)

Our range of B20 sockets is available to suit the B20 cap.The socket range includes versions with or without a mounting flange, and versions with contacts for mounting directly onto printed circuit boards.

B20 cap(for 9354KB & 9354KFLB)

‘ic’ indicates an internal connection ‘ic’ indicates an internal connection

B20


FL6

98

45

7

312

10 11 1213

1415

1817

192021

16

clcl

clclf

a

cl

d10

d2

d3

d4

d5

d6

d7

d8

d9

d1

d11

d12

d1

k

flying lead base(for 9354FLB after removal

of temporary cap)

11 ordering information

The 9354KB meets the specification given in this data sheet.You may order variants by adding a suffix to the type number.You may also order options by adding a suffix to the type number. You may order product with specification options by discussing your requirements with us. If your selection option is for one-off order, then the product will be referred to as 9354KA. For a repeat order, will give the product a two digit suffix after the letter B, for example B21.This identifies your specific requirement.

ET Enterprises

C640H

C640I

C690H

C690I

d10d9d8 d11 d12 a KB FLB d3 d4d1 d2k9354

12 voltage dividers

The standard voltage dividers available for these pmts aretabulated below:

600V 2R 2R600V

R3R

RR

R2R

R3R

R4R

1.5R1.5R

RR


106 de 108

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