Progettazione di un sistema di calibrazione, monitoraggio e test per il calorimetro elettromagnetico dell'esperimento HADES

The High Acceptance Di-Electron Spectrometer (HADES) at GSI (Darmstadt, Germany) was designed to measure dileptons and strangeness in elementary and heavy-ion collisions. An upgrade of HADES with an Electromagnetic Calorimeter (ECAL) has started and will be ready for beam in 2017. The goal is to measure neutral pions and eta meson yields together with the dielectron data in pion and proton-induced reactions as well as in heavy ion collisions. Moreover, photon measurement is important for neutral Λ(1405) and Σ(1385) spectroscopy. It is essential to precisely calibrate all the lead-glass crystal modules individually in order to achieve the required ECAL performances. Continuous monitoring and calibration with a light pulser system is required. It is foreseen to use blue light from an LED source, driven by short signals from a flexible pulse generator and distributed with optical fibers to each module of the ECAL. Due to their great flexibility, Field Programmable Gate Arrays (FPGA) have been chosen to implement the mentioned monitoring system. The digital signal produced by the FPGA can also be used, combined with some descrete electronics, to perform tests of the front-end board foreseen for the read-out of the ECAL. The study, design and test of an FPGA-based pulse generator, as well as an hybrid (digital and analog) pulse generator will be widely discussed on the thesis.

Lo spettrometro HADES attualmente in funzione al GSI (Darmstadt, Germania) è stato progettato con lo scopo di misurare coppie e+e- (dielettroni) e particelle strane prodotte in reazioni elementari e in collisioni di ioni pesanti. Un upgrade di HADES prevede l'inserimento di un calorimetro elettromagnetico (ECAL). Il progetto è cominciato e verrà completato prima della prossima presa dati, prevista per il 2017. Lo scopo principale del calorimetro è quello di misurare in collisioni elementari e di ioni pesanti, pioni neutri e mesoni eta insieme a dielettroni. Inoltre, il calorimetro consente la rivelazione di fotoni, i quali sono importanti per la spettroscopia di particelle strane quali Λ(1405) e Σ(1385). Per raggiungere le performance richieste, è indispensabile calibrare individualmente tutti i moduli del calorimetro. E' previst ala realizzazione di un sistema di monitoraggio, calibrazione e test basato su impulsi luminosi. L'idea di base è quella di utilizzare un generatore di impulsi flessibile che sia in grado di produrre segnali brevi, utilizzati per pilotare dei LED. I segnali luminosi provenienti dai LED sono poi distribuiti verso ciascun modulo del calorimetro per mezzo di fibre ottiche. Grazie alla loro flessibilità, le FPGA Field Programmable Gate Arrays) sono state scelte per implementare il suddetto generatore di impulsi brevi. Il segnale digitale proveniente dalla FPGA può anche essere utilizzato, in combinazione con dell'elettronica discreta, per realizzare un sistema di test per la scheda di front-end prevista per la lettura dei segnali provenienti dai moduli del calorimetro. Nella tesi verrà illustrato in dettaglio lo studo, la progettazione e i test di un generatore di impulsi basato su FPGA insieme ad un sistema ibrido (digitale e analogico).