Simulation of particles interaction in the central detector and electrical signal generation the readout electronics in the Neutrinos Angra Project

The Neutrinos Angra Project aims to develop a compact detector capable of measuring the antineutrinos flux coming from nuclear reactors. The detector is intended to work on the surface, at sea level. This measurement makes it possible to monitor the reactor’s thermal power in a non-invasive way and independently of the reactor’s control system. The project intends to install the detector to a distance of about 25 meters from the nuclear reactor’s core. The detector and its acquisition and control systems will be placed just outside of the Angra II Reactor, located in the city of Angra dos Reis – RJ, Brazil, inside a container. The detector has been designed to capture photons produced by Cherenkov effect. The detector will be equipped with a total of 48 Photomultipliers used to convert photons to electrical signals. Those signals will be amplified and shaped by a front-end circuitry before they are sent to the acquisition system of the experiment where they will be digitalized to be sent to a group of FPGAs. Once acquired by the FPGAs, the incoming signals can be further processed before being recorded into local computers. This work presents a software which makes use of Monte Carlo Techniques to simulate the main interaction processes occurring inside the target detector of the experiment. The implemented simulation covers from the particles interaction with matter up to the digitalization process occurring just before delivering the electrical signals to FPGAs. This software has been developed to help on the design conception of the detector and on understanding its operational characteristics in detail. The data generated by this software will be available to be employed on the development of estimation and detection algorithms intended to select the antineutrinos events and to estimate their energy.O Projeto Neutrinos Angra tem como objetivo o desenvolvimento de um detector compacto e de superfície, capaz de medir o fluxo de antineutrinos provenientes de reatores nucleares. Esta técnica possibilita o monitoramento da potência térmica instantânea dissipada de forma não invasiva e de maneira independente dos equipamentos de controle do reator. O projeto prevê a instalação deste detector a aproximadamente 25 m do núcleo do reator Angra II em Angra dos Reis - RJ, ao lado da cúpula externa do sistema de proteção, bem como de um laboratório de controle e aquisição do experimento. O detector foi projetado para capturar fótons produzidos nos processos de interação de partículas em seu interior, principalmente por efeito Cherenkov. Os fótons gerados são convertidos em sinais elétricos através de tubos fotomultiplicadores. Os fótons capturados pelos tubos fotomultiplicadores produzem sinais elétricos que são amplificados e modelados pelo circuito de front-end. Após passarem pelo módulo de front-end os sinais são amostrados e digitalizados pelo módulo de aquisição do experimento NDAQ. O sinal digitalizado será então entregue a uma FPGA, onde poderá ser processado e armazenado em computadores locais. Apresenta-se neste trabalho um programa que usa como técnica principal o Método de Monte Carlo para simular os principais processos de interação de partículas que ocorrerão no interior do detector alvo do Projeto Neutrinos Angra. Esta simulação cobre desde as interações de partícula com a matéria, até o processo de digitalização dos sinais elétricos produzidos e da conversor analógico digital. O simulador de interação de partículas e de sinais elétricos foram desenvolvidos com o intuito de ajudar na concepção e no entendimento do funcionamento do detector e dos resultados que serão obtidos, assim como na elaboração de algoritmos de estimação e de detecção dos eventos de antineutrinos eletrônico emitidos pelo reator nuclear.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio