Eletrônica de front-end do experimento Neutrinos-Angra

The Neutrinos Angra Experiment aims to develop a compact detector and new techniques to measure the antineutrinos flow of nuclear reactions occurring inside the nuclear power plant reactors, allowing monitoring of its instant energy dissipation and revealing the composition of fissile nuclear fuel. This study presents the development of the Front-end electronics of the Neutrinos Angra detector. The electronics should perform the conditioning of the signals from photomultiplier tubes, aiming to provide a fast pulse for the data acquisition system whitch could facilitate the identification of the antineutrinos flow through the detector. In this work, the specifications of the front-end were defined based on the experiment requirements, which are: linear operating range 0-50 photons; ability to identify a single photon; the pulse duration less than a few µs; bandwidth of the pulse smaller than 60 MHz; maximum range in the output up to 2 V. For this, a topology of the front-end circuit has been proposed, consisting of four subsystems: power circuit; signal conditioning circuit; offset control circuit and discriminator circuit. Eight modules were produced to equip the detector. In this study three modules were evaluated. Tests showed that the performance of three modules met the specifications, with an average calibration of 7.4±0.6 V/V , rise time of 26 ±1 ns, falltime of 81 ±2.5 ns, width at half height of 74±1 ns, linearity better than 2.2% and saturation starting around 1.4 V.O experimento Neutrinos Angra visa desenvolver um detector compacto e novas técnicas para medir o fluxo de antineutrinos das reações nucleares que ocorrem no interior dos reatores de usinas nucleares, permitindo o monitoramento da sua dissipação de energia instantânea e revelando a composição físsil de combustível nuclear. Este trabalho apresenta o desenvolvimento da eletrônica de front-end do Detector Neutrinos Angra. Esta eletrônica deve realizar o condicionamento dos sinais provenientes de tubos fotomultiplicados, visando fornecer ao sistema de aquisição de dados um pulso que facilite a identificação do fluxo de antineutrinos que passa pelo detector. Neste trabalho, as especificações do front-end foram definidas com base nos requisitos do experimento, que são: faixa linear de operação de 0 a 50 fótons; capacidade para identificar um fóton; duração do pulso menor do que alguns µs; largura de banda do pulso menor do que 60 MHz; excursão máxima na saída de até 2 V. Para isto, uma topologia do circuito de front-end foi proposta, sendo composta por quatro subsistemas: circuito de alimentação; circuito de condicionamento do sinal; circuito de controle de offset na saída e de limiar de tensão; e circuito discriminador. Oito módulos foram produzidos para equipar o detector. Neste trabalho, três módulos foram avaliados. Os testes mostraram que o desempenho dos três módulos atenderam as especificações, apresentando uma calibração média de 7,4±0,6 V/V , tempo de subida de 26±1 ns, tempo de descida de 81 ±2,5 ns, largura a meia altura de 74±1 ns, não-linearidade menor do que 2,2% para toda a faixa dinâmica de entrada e a saturação iniciando em aproximadamente 1,4 V