Sviluppo di un apparato per l'emulazione e la misura di radiazione ionizzante

Questo progetto di tesi è un lavoro svolto nell’ambito della spettroscopia nucleare e si occupa in particolare dell’elaborazione digitale dei segnali utilizzati in questo campo di ricerca. La tesi si sviluppa a partire da un’architettura composta essenzialmente da: una scheda madre su cui si trova un dispositivo FPGA, principale centro di elaborazione digitale; una scheda di conversione, che svolge funzioni di I/O e ospita un dispositivo FPGA secondario; un single board PC, che permette all’utente di interfacciarsi con lo strumento. La programmazione dei dispositivi FPGA consente la realizzazione di funzioni di generazione di segnali per l’emulazione di rivelatori di radiazioni, di elettronica di front-end e di elaboratore di segnale. Con una tale architettura è quindi possibile emulare una catena completa di rivelazione, di acquisizione e di elaborazione dei segnali. Le principali modifiche apportate allo strumento, per quanto riguarda la programmazione dei dispositivi FPGA, sono relative all’implementazione di un bus bidirezionale tra i due dispositivi FPGA stessi, alla modalità di generazione degli eventi, alla memorizzazione e alla visualizzazione di una sequenza di impulsi. La seconda parte del lavoro si occupa dell’elaborazione dei segnali provenienti da rivelatori di radiazioni con lo scopo di effettuare l’analisi di alcune grandezze come spettro di energia e forma d’onda. Sono state utilizzate opportune tecniche di campionamento, trigger e filtraggio dei segnali con la miglior funzione peso possibile. Questa parte di progetto è stata realizzata implementando in VHDL funzionalità come operazioni aritmetiche in virgola mobile, buffer circolari in cui memorizzare dati e operazioni di convoluzione. Si è inoltre realizzata un’interfaccia grafica che permette l’utilizzo dello strumento da parte dell’utente finale in modo semplice ed intuitivo, senza ausilio di altri dispositivi al di fuori dello strumento stesso. Infine sono illustrate le modifiche hardware necessarie per la realizzazione e il funzionamento del firmware implementato.