UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANIA
FACOLTA' DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI
Corso di Laurea Magistrale in Fisica - I anno A.A. 2011/2012
Programma del Corso di Laboratorio di Fisica Nucleare e Subnucleare – 6 crediti
Prof. Giuseppe Politi
Richiami alla interazione Radiazione Materia
Particelle cariche leggere e pesanti: perdita specifica d’energia, range, programmi di calcolo. Effetto
Cherenkov. Radiazione di Transizione. Fotoni: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di
coppie. Sciami elettromagnetici. Interazione dei neutroni. Sciami adronici
Richiami alle caratteristiche generali dei rivelatori
Modi operativi. Funzione di risposta e calibrazione. Risoluzione energetica. Risposta e risoluzione
temporale. Tempo morto. Efficienze di rivelazione. Misure di attività di sorgenti.
Rivelatori a gas
Richiami ai principi e regimi di funzionamento. Camere a ionizzazione, contatori proporzionali,
contatori Geiger. Multi Wire Proportional Chamber. Microstrip Gas Chamber. Camera a deriva.
Resistive Plate Chamber. Gas Electron multiplier. Time Projection Chamber. Problematiche dei
rivelatori a gas. Camere a ionizzazione con liquidi.
Rivelatori a scintillazione
Scintillatori organici ed inorganici: meccanismi e caratteristiche di emissione. Luce Cherenkov.
Raccolta della luce. Fibre scintillanti. Wave Length Shifter. Fotomoltiplicatori, fotodiodi ed altri
strumenti per la lettura della luce.
Rivelatori a stato solido
Proprietà dei semiconduttori, drogaggio, giunzione pn. Rivelatori al Silicio. Rivelatori a deriva di
litio. Rivelatori al Germanio, rivelatori segmentati. Rivelatori a deriva. Rivelatori a strip. Rivelatori
a pixel. Danni da radiazioni.
Metodologie di rivelazione ed identificazione
Rivelazione e spettrometria dei fotoni, soppressione compton, correzione doppler. Rivelazione e
spettrometria di neutroni lenti e veloci. Identificazione in carica e massa mediante telescopi. Misura
del tempo di volo ed identificazione in massa. Discriminazione in forma dei segnali di varie
tipologie di rivelatori. Misura dell’impulso ed identificazione mediante deflessione magnetica.
Principi di identificazione negli esperimenti di alta energia. Transition Radiation detector.
Calorimetri. Programmi Monte Carlo di simulazione dei fenomeni di rivelazione.
Elettronica
Caratteristiche e trasporto dei segnali analogici. Modulistica per il trattamento dei segnali analogici:
preamplificatori, amplificatori, discriminatori, convertitori analogico-digitali. Caratteristiche dei
segnali logici e loro manipolazione. Modulistica varia per la fisica nucleare. Elettronica integrata.
Digitalizzazione e campionamento dei segnali.
Acquisizione dati
Sistemi monoparametrici di acquisizione. Sistemi di Trigger. Sistemi multiparametrici di
acquisizione: Camac, VME. Programmi di acquisizione e gestione dei dati on-line. Programmi di
analisi dati: PAW, ROOT.
Applicazione di tecniche nucleari
Tipologie di acceleratori. Metodologie di analisi con fasci (IBA) e loro caratteristiche generali. RBS
ed NRA. PIXE e PIGE. Attivazione neutronica e protonica. Applicazioni in campo medicale.
Radioterapia adronica. Produzione di radioisotopi.
Esperienze di laboratorio:
Identificazione in carica dei prodotti di reazione mediante telescopio gas-silicio.
Misura della radioattività ambientale e della radioattività di vari campioni mediante spettroscopia X
e gamma con rivelatore ad alta risoluzione.
Misura degli spettri delle particelle alpha da sorgenti radioattive. Misura della perdita specifica in
un gas di rivelazione.
Misure con i raggi cosmici.
Misure di coincidenze tra gamma da sorgente.
Modalità d’esame
L’esame consiste in un colloquio sulla tesina di elaborazione dei dati di una delle esperienze
effettuata a gruppi, nonché sulla conoscenza degli argomenti trattati durante il corso.
Testi consigliati
W.R. LEO, Techniques for nuclear and particle physics experiments, Springer-Verlag 1987-1994
G.F. KNOLL, Radiation detection and Measurement, J.Wiley 1999
