Design, scale-up and characterization of the data acquisition system for the ANAIS dark matter experiment

Oliván Monge, Miguel Ángel
Pobes Aranda, Carlos (dir.) ; Villar Rivacoba, José Ángel (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2016
(Física Teórica)


Abstract: El proyecto ANAIS, iniciado en los noventa, se ha dedicado a desarrollar un experimento de materia oscura con ioduro de sodio en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) y podría confirmar el resultado positivo de DAMA/LIBRA usando la misma técnica y el mismo material blanco. Un experimento de estas características posee unos requisitos muy estrictos para tener sensibilidad suficiente a la modulación anual: tener el menor fondo radioactivo posible en la zona de interés, poseer un umbral energético muy bajo y tener suficiente masa. Además de estos requisitos fundamentales es necesaria una muy buena estabilidad en la adquisición de datos y un buen control de los parámetros ambientales para evitar que posibles efectos sistemáticos puedan ser tomados por modulación anual de materia oscura. El experimento ANAIS constará de más de cien kilogramos de ioduro de sodio ultrapuro en proceso de fabricación y que serán instalados en los próximos meses en el LSC. Esta tesis ha estado enfocada al diseño, implementación y caracterización de un sistema de adquisición de datos adecuado para el experimento ANAIS teniendo en cuenta los requisitos antes mencionados. Se han estudiado los fotomultiplicadores (PMTs) elegidos para la detección de la luz del centelleo del ioduro de sodio. Además se han desarrollado los algoritmos y protocolos necesarios para hacer el control de calidad de todas la unidades. Se ha descrito el diseño de la electrónica necesaria para la adquisición de datos de los módulos de ioduro y los centelladores plásticos usados como detector de muones junto con el software de adquisición y de análisis de datos. También se ha medido la recogida de luz de tres módulos de Alpha Spectra, los dos primeros de que constó el prototipo ANAIS-25 y un tercero que unido a los dos anteriores formaron ANAIS-37. Por último, se ha hecho un estudio de la estabilidad de los parámetros ambientales y de parámetros cruciales para la adquisición de datos.

Abstract (other lang.): The ANAIS project has been a long time effort devoted to carry out an experiment to detect dark matter annual modulation with very low background NaI(Tl) detectors. This experiment could confirm the DAMA/LIBRA positive signal with the same target and technique. Such an experiment has a very stringent requirements in order to have enough sensitivity to an annual modulation at very low energy. These requirements are: very low energy threshold, a background as low as possible in the region of interest and a high enough target mass. In addition to these fundamental requirements, very good stability and control of environmental parameters have to be accomplished in order to avoid systematic effects to mimic the effect of the annual modulation. An experiment of more than one hundred kilograms of ultrapure NaI(Tl) has been conceived and it is being commissioned at the Canfranc Underground Laboratory (LSC). This work was devoted to the design, implementation and characterization of a data acquisition system suitable for the ANAIS experiment, having in mind the previously mentioned requirements. It has described the Photomultiplier Tubes (PMTs) used by the ANAIS modules and the algorithms and protocol developed in order to pass quality tests to all units. It has presented the design and implementation of the electronic front-end for the ANAIS modules and muon tagging system along with the data acquisition software. The analysis software was adapted from the software of the previous prototypes to allow easy scale-up to the full experiment. Finally, the test of the optical performance of the Alpha Spectra modules and the tests of data acquisition and monitoring of environmental parameters were performed.

Pal. clave: detectores de partículas ; física de partículas

Knowledge area: Física teórica

Department: Física Teórica

Nota: Presentado: 25 01 2016
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Física Teórica, 2016

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 Record created 2016-03-08, last modified 2019-02-19


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