lezione15 - Dipartimento di Fisica

Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rivelatori a stato solido sono stati utilizzati da tempo in fisica nucleare
per misure di energia. Infatti, rispetto ai gas, i semiconduttori sono
molto densi ed hanno una lunghezza di radiazione piuttosto bassa.
In fisica subnucleare si sono iniziati ad usare come rivelatori di
posizione dagli anni ’80 circa.
Abbiamo visto che con camere a deriva è possibile misurare posizioni
con la precisione di ~100 mm nel caso di traccia isolata e decisamente
peggiore nel caso di tracce molto vicine.
Con i silici si possono raggiungere granularità di pochi mm ed inoltre
essendo solidi sono autosostenenti  possibile raggiungere precisioni
di pochi mm estremamente utili per la determinazione di vertici
secondari e/o parametri d’impatto.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Parametro d’impatto.
A titolo di esempio consideriamo una particella neutra a breve vita media ed alta massa,
prodotta ad un collider (e.g. un D, vita media ~ 10-12 e ct = 315 mm) che decade in 2
particelle cariche, che per semplicità considereremo di massa trascurabile rispetto alla
massa del D (m=1.85GeV). Essendo la particella in questione neutra l’unico modo di
rivelarla è tramite il parametro d’impatto, ovvero lo spostamento del vertice secondario (di
decadimento ) dal vertice primario (di produzione).
a
p
q
D
p
b
D è la particella che decade in a che ha un parametro d’impatto b + un’ altra (b) non
indicata.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Il parametro d’impatto b è proporzionale al percorso di D e all’angolo q. Ma:
D   D ct D 
a
D
b  D
q
pTa
pTa
  a  b ~ a  D ct D 
p
p
b
Se il decadimento è a 2 corpi D  a + b e posso trascurare le masse di a e b (rispetto
alla massa del D) 
pTa ~ M D
p a ~ pD
~
2
2
ponendo b=1 e p/M=b
MD 1
~
D
pD
 il parametro d’impatto è indipendente dall’impulso b~(ct)D. Se la particella ha una vita
media di ~10-12  devo determinare distanze dell’ordine di ~300 mm  stato solido va
bene
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
In un metallo banda di conduzione e di
valenza sono sovrapposte. 
molti elettroni liberi e alta
conducibilità.(n~1028 elettroni/m3)
In un semiconduttore la banda di valenza e
quella di conduzione non sono sovrapposte.
La banda di valenza è quasi piena e quella
di conduzione quasi vuota. La GAP fra le
due bande è ~1.1 eV (Silicio) 
La conducibilità dipende dalla temperatura,
cresce al crescere della temperatura.
In un isolante banda di conduzione e di
valenza sono separate da una gap grossa (
~ 8 eV in SiO2 e ~ 5 eV nel diamante ) 
Bassa conducibilità (n ~ 107 elettroni/m3 ).
Conduction
Band
W
W
W
Valence
Band
Metal
Rivelatori di Particelle
Semiconductor Insulator
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Proprietà del silicio
 Larghezza della gap Eg =1.12 eVEnergia per creare una coppia
elettrone-lacuna = 3.6 eV, ( ~ 30 eV per gli apparati a gas)
 Alta densità specifica (2.33 g/cm3)  dE/(lunghezza di traccia) per
M.I.P. : 390 eV/mm  108 e-h/ mm (in media)
 Alta mobilità : mn =1450 cm2/Vs, mp = 450 cm2/Vs  rapida raccolta
della carica rilasciata (<10 ns).
 Produzione dell’apparato tramite tecniche micro-elettroniche 
piccole dimensioni
 Rigidità del silicio permette strutture sottili. Spessori tipici 300 mm 
 3.2 104 e-h (in media)
 Ma: nessuna moltiplicazione della carica!
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Un breve riassunto sui semiconduttori.
 In un semiconduttore intrinseco (quale il Silicio, IV gruppo) ci sono 4
elettroni nella banda di valenza.
 La concentrazione intrinseca è ni=p=n ed anche np=n2i=NcNve-Eg/kT con Nc
ed Nv densità di e e di p nella banda di conduzione e di valenza,
rispettivamente. L’ultima relazione è valida per qualsiasi materiale
semiconduttore anche drogato.
 Nel silicio puro Eg=Ec-Ev=1.12 eV ed ni=1.45x1010 cm-3 a temperatura
ambiente.
 In un silicio di superficie 1cm2 e spessore 300mm abbiamo 4.5x108 portatori
di carica, ma una particella al minimo (MIP) crea 3.2x104 coppie e-p 
S/N~10-4  impossibile vedere un segnale.
 Si può migliorare la situazione raffreddando il silicio (non molto pratico) o
svuotandolo (depleting)  regione di svuotamento o di carica spaziale (Vedi
prossima diapositiva)
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
SEMICONDUTTORI ALTERNATIVI AL SILICIO:
Diamante
GaAs
SiC
Germanio
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Come ottenere un segnale?
E
conductance band
e
Ef
h
valence band
In this volume
we have 4.5 108 free charge
carriers, but only 3.2 104 e-h
pairs produced by a M.I.P.
In a pure intrinsic
(undoped) material the
electron density n and
hole density p are
equal. n = p = ni
300 mm
1 cm
1 cm
 Reduce number of free charge carriers,
i.e. deplete the detector (drogaggio, giunzione
e polarizzazione inversa)
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Gli elettroni di valenza sono usati per costruire il legame fra due ioni adiacenti. Silicio e
germanio (i semiconduttori più comuni) hanno legami covalenti.
Sia il silicio che il germanio hanno una struttura cristallina come indicato, cioè hanno un
legame tetravalente.
Il silicio ha in totale 14 elettroni di cui 4 di valenza  il nucleo ionico ha carica +4.
Siccome gli elettroni di valenza servono ad unire gli atomi adiacenti, sono strettamente legati al
nucleo a 0 K  bassa conducibilità.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Mobilità e resistività.
La mobilità è definita come:
m = v/E
dove v è la velocità di deriva e E il campo elettrico applicato.
La resistività r inverso della conducibilità) del materiale è connessa alla
densità dei portatori di carica ed alla mobilità:
r
1
qmn n  m p p 
dove q=1.6x10-19 C è la carica dell’elettrone.
Per il silicio intrinseco r=235 KW/cm. Per il silicio drogato è minore in quanto ci
sono più portatori di carica.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Conductor
Cu
Polyvenylchloride
1.6 10 -6
109
Semi
Conductor
Polytetrafluoroethylene
1020
Ge
9 10 -2
Water
Insulator
0
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10 12
14
16
18 20
Log10 Volume Resistivity ( W cm)
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Conduction Band
W
Eccitazione di elettroni
in un semiconduttore
per il passaggio di una
particella carica
Eccitazione residua
elettrone lacuna
Electrons
W
FERMI
Valence Band
Holes
Ec
Ev
Eg
Number of
States
/Unit Energy
/Unit Volume
S(W)
10 -12 sec
Auger
Effect
Auger effect: an electron
from a higher shell to a
vacant electronic state and
ejecting an electron from the
same higher shell.
S (W )  W
1
2
Probability of
a State being
Occupied
# of Electrons
/Unit Energy
/Unit Volume
P(W)
S(W)*P(W)
 W  WF 
P(W )  exp 
kT 

W F= livello di Fermi = energia per cui P(W)=1/2
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Drogaggio dei semiconduttori
TIPO n
Aggiungendo al silicio impurità del V
gruppo (Pentavalenti: antimonio, fosforo,
arsenico) con 5 elettroni di valenza
(donori) facciamo diventare il silicio di tipo
n.
Gli elettroni sono portatori di maggioranza
TIPO p
Aggiungendo impurità del III gruppo
(Trivalenti: boro, gallio, indio) con tre elettroni
di valenza (accettori), il silicio diventa di tipo p.
Le lacune sono portatori di maggioranza
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
In un semiconduttore in cui le impurità sono uniformemente distribuite, la densità di
carica netta dq in un elemento di volume dV è =0. Indicando con Nd la concentrazione di
donori e con Na quella di accettori si ha:
dq
 q p  n  N d  N a   0
dV

tipo n:

tipo p:
1
n   N d  N a 
2
1
p   N a  N d 
2
N d  N a 2  4ni2 

Ricorda pn=ni2
N a  N d 2  4ni2 

Se |Nd-Na|>>ni (come è in genere il caso):
n  Nd  Na  Nd

r
1
qm n N d
p  Na  Nd  Na

r
1
qm p N a
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
La più alta resistività ( ed è necessaria un’alta resistività,
come vedremo in seguito) si può ottenere con materiale di
tipo p ~10 KW/cm. Il tipo p viene poi trasformato in n
bombardandolo con neutroni lenti.
30Si + N  31Si
ma il 31Si decade b in fosforo:
31Si  31P + b- + n
 r fino a 100KW/cm.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
La giunzione p-n.
Consideriamo 2 pezzi di silicio uno di tipo p e l’altro di tipo n e
attacchiamoli l’uno all’altro.
Normalmente il p+ è più drogato dell’ n.
Valori tipici di drogaggio sono: 1012/cm3 (n) e 1015/cm3 (p) (molto minori
che nei circuiti integrati e diodi o transistor, nei quali la concentrazione
è ~ 1017(18)/cm3 )
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Gli elettroni diffondono nel p , le
lacune nell’n
 si crea una differenza di
potenziale  la diffusione si
ferma
Regione di svuotamento non ci
sono portatori di carica liberi.
Nessuna carica libera nella
regione di svuotamento
(A. Peisert, Instrumentation In High Energy
Physics, World Scientific)
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
L’altezza della barriera di potenziale Vd è :
Vd 
kT N a N d
ln
 600
q
ni2
mV
la zona di svuotamento è in genere piccola:




2

V
d

xn  
N

 qN 1  d

 d
N
a


1




2

V
d

xp  
N


 qN 1  a


 a
N
d 


1
2
Si è risolta l’equazione di Poisson
d2V/dx2= -r(x)/ e si è assunta una
densità di carica r(x) uniforme .
2
r(x)=qND per 0<x<xn
r(x)=qNa per -xp<x<0
Se Na>>Nd xn>>xp la zona di svuotamento è quasi tutta dal lato della giunzione n (meno
1
drogata) quindi:
 2Vd  2

d  xn  
 qN d 
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
 Polarizzando inversamente il diodo (cioè applicando una VB~100V
dello stesso segno di Vd)  la sottile zona di carica spaziale si
estende su tutto il diodo  diodo completamente svuotato.
d~xn~(2VB/qNd)1/2 ed in termini della resistività r d=(2VBrm)1/2
 Il deposito di energia nella zona completamente svuotata, dovuto al
passaggio della particella carica, crea delle coppie libere e-lacuna.
 Sotto l’influenza del campo elettrico, gli elettroni derivano verso il
lato n, le lacune verso il lato p  si ha una corrente rivelabile
 la parte p serve :

per poter svuotare la parte n e quindi può essere molto sottile

per raccogliere le lacune che si sono formate
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Correnti di fondo.
Anche sotto l’ipotesi che non passa nessuna particella ho comunque delle
correnti di fondo:
i.
jgen=(1/2)(ni/to)d corrente dovuta alla carica generata nella zona di
svuotamento. to= vita media dei portatori minoritari nella zona di
svuotamento. Questa corrente è proporzionale a d che a sua volta è
proporzionale a (VB)1/2. ni dipende fortemente dalla temperatura
(raddoppia ogni 8o )  mantenere il silicio a temperatura costante.
ii.
jdiff,n=q(np/tn)Ln; jdiff,p=q(pn/tp)Lp (L = lunghezza di diffusione). Queste
correnti di diffusione sono dovute alle cariche generate vicino alla zona di
svuotamento e che diffondono nella zona di svuotamento stessa. Se tp e
tn sono le vite medie dei p nella regione n e degli n nella regione p le
lunghezze di diffusione saranno Ln=(Dntn)1/2 e Lp=(Dptp)1/2, essendo D la
costante di diffusione.
Se il Si è completamente svuotato la corrente di fondo è solo jgen.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Capacità
Siccome abbiamo una carica associata alla giunzione dipendente dal voltaggio
possiamo parlare di una capacità di carica spaziale:
Cj 
dQ dQ dw

dVB dw dVB
Abbiamo chiamato w la profondità della zona di svuotamento.
L’ incremento di carica dQ si ha ai lati della giunzione a causa dell’allargamento di w dw
causato dalla crescita dVB del voltaggio di bias VB. 
dQ  qN d dw
qN a  N d
dw dxn


dVB dVB
2N a  N d VB

Cj 

2mrVB
Capacità per unità di area.
Se A è l’area avremo
Cj=(/w)A
L’ordine di grandezza di Cj è ~150÷200 pF per VB~100V
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rivelatori
i. Silicio tipo n completamente svuotato
ii. Sottile strato di p+ diviso in striscioline
ca. 50-150 mm
readout capacitances
SiO2
passivation
300mm
defines end of depletion zone
+ good ohmic contact
Rivelatori di Particelle
(A. Peisert, Instrumentation
In High Energy Physics,
World Scientific)
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
1.
Si applica un voltaggio di saturazione inversa (~100V)  la
regione di svuotamento si estende su tutta la parte n (meno
drogata) ~300 mm. Il diodo è completamente svuotato.
2.
Passa una particella che crea una coppia e-h nella zona svuotata
3.
Sotto l’effetto del campo elettrico gli elettroni vanno nella zona n e
le lacune vanno nella zona p  si crea una corrente misurabile
In media per uno spessore di 300 mm si hanno 3x104 coppie
elettrone-lacuna.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Risoluzione spaziale
Dipende da:
 Processi fisici quali le fluttuazioni della perdita di energia e la
diffusione dei portatori di carica.
 Fattori esterni quali il numero di strip, il modo di lettura e l’elettronica
associata.
Si possono raggiungere precisioni fino a ~ 3 mm.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Fluttuazioni statistiche della perdita di energia.
Rivelatore sottile  curva di Landau. In realtà è un po’ più larga (elettroni legati
anziché liberi, come considerato nella teoria di Landau)
Tipicamente il valore medio ~ 50% più alto del valore più
probabile.
Valore + probabile
numericamente:
Valor medio
72 n-p ogni mm valore + probabile
108 n-p ogni mm valore medio  per 280 mm di spessore
Valor medio = 3x104 n-p
Valore + probabile =2x104 n-p
n
Il problema sono al solito i raggi d (elettroni molto energetici)
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Deriva e diffusione.
Le coppie e-h create al passaggio della particella sono concentrate in un tubo di diametro ~ 1 mm
attorno alla traccia.
In un apparato n-p+ se VB=100V  E=3.3 kV/cm (~300 mm di spessore).
vD~4.45x106 cm/s (e)
1.6x106 cm/s (h)
~ 7ns per raccogliere gli elettroni e ~19 ns per raccogliere le lacune
Durante la deriva le lacune e gli elettroni diffondono (collisioni multiple) e la loro distribuzione è
Gaussiana: dN 
N
 x2
1
e 4 Dt dx con dN/N= frazione di carica in dx ad una distanza x dall’origine
4Dt
e dopo un tempo t. D=kTm/q è il coefficiente di diffusione e s=(2Dt)½.
Coefficienti di diffusione diversi per e ed h, ma stessa s in quanto t~1/m.
Naturalmente le h più vicine al p+ minor tempo per diffondere, quelle più lontane maggior tempo 
sovrapposizione di molte Gaussiane, con s diverse (t diversi). (Idem per gli e)
 Limite alla risoluzione sdiff fino a 10 mm  baricentro invece del # della strip
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Passo delle strip e passo di lettura (strip pitch&readout pitch).
Il passo delle strip e di lettura sono fondamentali per la precisione della misura. Nelle
camere a gas conviene leggere su molti fili (grosso guadagno, ma alto costo), qui non è
cosi ovvio (G=1) ed il segnale non è cosi grande (3x104 coppie e-h) ed inoltre il massimo
della diffusione è ~10 mm.
Il passo di lettura più basso fino ad ora realizzato è stato di 20 mm.
Normalmente si ha, per la maggioranza degli eventi, un segnale su una sola strip al
massimo su 2 (migliore risoluzione centro di gravità).
Il passo di lettura può essere > del numero di strip.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rumore
Il rumore è essenzialmente dovuto all’amplificatore di carica ed all’
accoppiamento rivelatore-amplificatore.
costanti
ENC=A+B.C
Capacità del rivelatore
Equivalent noise charge
Altri contributi:
1.
Leakage current I (saturazione inversa)
2.
Resistenza di bias (quella che da la VB)
Delphi arriva a ~620 elettroni di rumore  S/N~32
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Campo magnetico
Qualcosa di analogo all’angolo di Lorentz (visto per le camere a deriva) dovuto
all’effetto Hall.
tgqL=mHB
mH= mobilità di Hall = 310 cm2/(Vs) per h
1650 cm2/(Vs) per e
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rivelatori a doppia traccia.
Rivelatori di Particelle
31
Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Pixel


Si segmenta il Si a quadratini
Elettronica con la stessa geometria
Flip-chip technique
detector
electronics
bump bonds
RD 19, E. Heijne et al., NIM A 384 (1994) 399
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido invecchiamento
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido invecchiamento
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido invecchiamento
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido invecchiamento
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido invecchiamento
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Rivelatori a stato solido invecchiamento
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Paragone di apparati per misure di posizione
A seconda dell’applicazione vengono usati diversi apparati per le
misure di posizione. C’è la tendenza ad andare a tempi di ripetizione
sempre più corti ed a rate sempre più alti (109/s ad LHC)

Microstrip gas chambers o rivelatori al Silicio se reggono il rate.
Per anelli e+e- con basso rate di eventi va benissimo una camera
cilindrica ( a deriva o TPC o jet chamber).
Ogni esperimento necessita del suo apparato a seconda di quello che
si vuole misurare.
Sviluppo di apparati ancora in corso ogni anno novità.
Rivelatori di Particelle
41
Lezione 15
Paragone di apparati per misure di posizione
Tempo morto
(ms)
Tempo
sensibilità (ns)
Tempo lettura
ms)
vantaggi
Apparato
Risoluzione
(mm)
MWPC
200
<10-5
50
10
Tempo di risoluzione
MSGC
30
<10-5
20
5
Alto rate, risoluzione
spaziale
Cam. drift
100
<10-5
500
10
Risoluzione spaziale
Cam. bolle
20
100
106
104
Analisi ev. complessi
c. streamer
30
10
103
104
Analisi molte tracce
Cam. flash
1000
10
103
103
Costano poco
c. scintilla
200
5
103
104
semplicità
Emulsioni
3
0
∞
109
Risoluzione spaziale
Fibre scint.
35
<10-5
20
1
Alto rate
Silici
10
<10-5
50
1
Alto rate
Rivelatori di Particelle
42
Lezione 15
Camere a bolle
Le camere a bolle non esistono più, ma sono state per anni l’apparato più usato in fisica
delle alte energie e sono tuttora il meglio per analizzare eventi complicati con molte
tracce.
Consistono in un grosso bidone pieno di gas liquefatto quale idrogeno, deuterio, neon,
propano tenuto ad una pressione appena sotto al punto di ebollizione.
Funzionano sia come bersaglio che come rivelatore (targhetta attiva).
Al passaggio di una particella ionizzante il volume della camera è espanso, tramite un
pistone che si muove rapidamente (~1ms) in modo da superare la temperatura di
ebollizione. Lungo la traccia ionizzante si formano delle bollicine gassose, probabilmente
dovute al rilascio di calore nella ricombinazione degli ioni. La crescita delle bollicine è
interrotta, portando il pistone alla sua posizione iniziale, cioè riportando il liquido alla
pressione originaria. L’immagine della serie di bollicine lungo la traccia viene fotografata,
attraverso delle finestre trasparenti sul bidone.
Normalmente una camera a bolle è posta in un campo magnetico  misura d’impulso.
Inoltre la densità di bollicine lungo la traccia è proporzionale a dE/dx  la misura della
densità di bollicine assieme alla misura dell’impulso permettono un’identificazione del tipo
di particella.
Rivelatori di Particelle
43
Lezione 15
Camere streamer
Mentre i tubi streamer (tubi di Iarocci) sono ottenuti facendo funzionare in regime
streamer dei tubi, le camere streamer sono delle grosse camere in cui gli eventi (tracce)
sono normalmente fotografati.
In una camera streamer il volume fra due elettrodi planari è riempito di gas.
Al passaggio di una particella carica, una grossa differenza di potenziale è applicata fra
gli elettrodi. Questa differenza di potenziale è limitata nel tempo.
Nelle applicazioni più comuni in genere la particella ionizzante attraversa la camera quasi
ortogonale al campo elettrico. Ogni e di ionizzazione primaria comincia una valanga che
si muove verso gli elettrodi. Siccome il campo elettrico dipende dal tempo (ampiezza
dell’impulso di alta tensione ~ 500KV, tempo di salita e di discesa ~1ns, durata
dell’impulso parecchi ns) la formazione della valanga è interrotta non appena il campo
elettrico finisce. L’alto campo elettrico permette alti guadagni (~108) come nei tubi
streamer, ma le valanghe si estendono in una piccola regione dello spazio. Nel corso
dello sviluppo della valanga molti atomi si eccitano ed emettono luce dis-eccitandosi. Si
formano cosi dei puntolini luminosi che vengono fotografati.
Rivelatori di Particelle
44
Lezione 15
Camere flash
Camere flash sono state sviluppate da Conversi.
La camera consiste in una matrice di tubi a sezione quadrata di polipropilene
riempiti di gas tipo neon o neon/elio. Tali tubi sono messi fra due elettrodi
metallici.
Al passaggio di una particella ionizzante si mette una differenza di potenziale
fra gli elettrodi (limitata nel tempo). Il campo elettrico genera una scarica in quei
tubi della matrice in cui è passata la particella ionizzante. Questa scarica può
essere fotografata o raccolta elettronicamente con un elettrodo di pick-up.
Costano molto poco e possono raggiungere un’efficienza del ~80%. Lungo
tempo morto (30÷1000 ms).
In realtà i tubi di Conversi sono una variante dei tubi quadrati al neon. Sono
delle sferette di  1cm di diametro che funzionano come i tubi quadrati.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 15
Camere a scintilla
Prima dello sviluppo delle camere proporzionali o a deriva venivano usate
molto le camere a scintilla quali tracciatori. Le camere a scintilla possono
essere triggerate (come le camere streamer e i flash tubes).
Un insieme di piastre metalliche è inserito in un volume riempito di un gas
nobile (generalmente un miscuglio di elio e neon) a pressione atmosferica.
Le piastre sono alternativamente poste ad alta tensione od a massa. Al
passaggio di una particella ionizzante un trigger genera un impulso di alta
tensione ( ~20 KV ) che viene inviato alle piastre (una si ed una no). Il campo
elettrico cosi generato fa si che gli elettroni di ionizzazione formano valanghe e
streamer. Le valanghe raggiungono gli elettrodi ed il segnale è o fotografato o
raccolto elettronicamente.
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Lezione 15
Emulsioni Nucleari
Le emulsioni nucleari non sono altro che lastre fotografiche.
Se una particella carica attraversa una lastra fotografica lascia una traccia nella
lastra ben visibile dopo lo sviluppo della lastra stessa.
L’emulsione consiste di cristalli di bromuro d’argento a piccoli grani (~0.25 mm)
immersi in una gelatina.
Esattamente allo stesso modo che per la luce la particella ionizzante produce
dei cambiamenti chimici nei grani di bromuro d’argento. Durante lo sviluppo gli
ioni d’argento del sale diventano atomi d’argento e la sequenza dei grani
d’argento formano una traccia.
Si possono raggiungere precisioni fino ad 1 mm.
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Lezione 15
Bibliografia
Apparati a gas ed a stato solido per misure di posizione Lezione 12÷15.
Falsariga seguita vedi sul web detectorsacademic training, Lezioni estive 2003 e
Lezioni estive 2004.
Tutti gli argomenti sono comunque trattati anche su:
C. Grupen,Particle Detectors, Cambridge University Press, 1996, capitolo 4
Konrad Kleinknecht, Detectors for Particle Radiation, Cambridge U.K.,cap 2,3
Più in dettaglio:
Camere proporzionali e a deriva :
i.
ii.
Blum & Rolandi, Particle Detection with Drift Chambers, Springer Verlang, 1994
Principle of operation of multiwire proportional and drift chambers F. Sauli su Experimental
Tecniques in High Energy Physics, T.Ferbel (editore),World Scientific, 1991
Stato solido:
Silicon Microstrip detectors A. Peisert su Instrumentation in High Energy Physics,
F.Sauli (Editore), World Scientific, 1992
Altra bibliografia è indicata sulle slides.
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