UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANIA
FACOLTA' DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI
Corso di Laurea Magistrale in Fisica - I anno AA 2014/2015
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. Programmi di
simulazione di perdita di energia.
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. Fotosensori. Rivelatori
a deriva di litio. Rivelatori al Germanio, rivelatori segmentati. Rivelatori a deriva. Rivelatori a strip.
Rivelatori a pixel. Danni da radiazioni.
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.
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.
Applicazione di tecniche nucleari
Metodologie di analisi con fasci (IBA) e loro caratteristiche generali. RBS e PIXE. Esempi di
applicazioni.
Esperienze di laboratorio:
Rivelazione e spettroscopia gamma ad alta risoluzione con verifica emissione di gamma in
coincidenza da sorgente, misura della radioattività ambientale e dell’attività di sorgente ignota.
Rivelazione di particelle alfa da sorgente mediante telescopio gas-silicio.
Misura di tempo di volo di particelle alfa con rivelatore al silicio e rivelatore a micro canali.
Rivelazione e discriminazione con analisi in forma di gamma e particelle cariche con rivelatore allo
ioduro di cesio accoppiato ad un digitalizzatore di segnale.
Modalità d’esame
L’esame consiste in un colloquio sulla tesina di elaborazione dei dati di una delle esperienze
effettuata in gruppo, 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
