ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA
NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Codice
Esperimento
Gruppo
STARTRACK
5
Rapp. Naz.: COLAUTTI Paolo
Rappresentante nazionale:
Struttura di appartenenza:
Posizione nell'I.N.F.N.:
COLAUTTI Paolo
LNL
INFORMAZIONI GENERALI
MICRODOSIMETRIA
Linea di ricerca
L.N.L.
Laboratorio ove
si raccolgono i dati
Sigla dello
esperimento
assegnata
dal laboratorio
Tandem, Tandem+Alpi
Acceleratore usato
Protoni 16 −30 MEV
Fascio
(sigla e
caratteristiche)
Struttura della traccia di ionizzazione di adroni
Processo fisico
studiato
Nanodosimetro di traccia
Apparato
strumentale
utilizzato
LNL, PADOVA
Sezioni partecipanti
all'esperimento
Universita' di Padova, Universita' Paul Sabatier di Tolosa (Francia),
Istituzioni esterne Universita' de Bourgogne di Digione (Francia), Ioannina University
all'Ente partecipanti (Grecia), PTB Braunschweig (Germania), SOLTAN Institute (Polonia)
3 ANNI
Durata esperimento
Mod EC. 1
(a cura del responsabile nazionale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: COLAUTTI Paolo
Struttura
LNL
Gruppo
5
PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005
In KEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
DESCRIZIONE DELLA SPESA
Parziali
Totale Compet.
SJ
Contatti scientifici
1 congresso nazionale per 2 persone
1,0
2,0
Contatti scientifici con PTB Braunschweig e Universita' di Tolosa e 1
congresso (SHIM 2005 a Aschaffenburg,Germania) per 2 persone
5,0
Gas di misura, componentistica da vuoto e elettronica
2,0
di cui SJ
3,0
5,0
2,0
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Completamento costruzione camera di misura (supporti vari, collimatori,
connettori, etc.)
3,0
5,0
8,0
Costruzione di 3 LMD (vedi allegato)
Totale
18,0
di cui SJ
0,0
Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ?
Breve descrizione dell'intervento:
Mod EC./EN. 2
(a cura del responsabile locale)
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
PD
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: Giorgio TORNIELLI
Gruppo
5
PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005
In KEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
DESCRIZIONE DELLA SPESA
Parziali
Totale Compet.
SJ
Contatti scientifici
1 congresso nazionale per 1 persona
1,0
1,0
Contatti scientifici con PTB Braunschweig e Universita' di Tolosa; 1 congresso 3,0
internazionale (SHIM 2005 a Aschaffenburg,Germany) per 1 persona
Fili di tungsteno dorato da 50 e 100 micron per realizzazione griglie
di cui SJ
2,0
3,0
1,0
1,0
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione griglie e relativo supporto (vd. allegato)
4,0
4,0
Totale
10,0
di cui SJ
0,0
Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ?
Breve descrizione dell'intervento:
Mod EC./EN. 2
(a cura del responsabile locale)
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
LNL
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: COLAUTTI Paolo
Gruppo
5
ALLEGATO MODELLO EC2
Realizzazione di 3 LMD (leak microstructure detector) circolari di 50 mm di diametro, ciascuno con un diverso disegno
dell’elettrodo catodico. La costruzione di ciascun LMD costa 1700€.
Mod EC./EN. 2a Pagina 1
(a cura del responsabile locale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
LNL
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: COLAUTTI Paolo
Gruppo
5
ALLEGATO MODELLO EC2
Mod EC./EN. 2a Pagina 2
(a cura del responsabile locale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
PD
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: Giorgio TORNIELLI
Gruppo
5
ALLEGATO MODELLO EC2
Costruzione 30 griglie con fili da 50 micron e 100 micron e cornice di vetronite di spessore 2.5 mm e realizzazione
sistema di supporto delle griglie: 4.0 keuro
Mod EC./EN. 2a Pagina 1
(a cura del responsabile locale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
PD
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: Giorgio TORNIELLI
Gruppo
5
ALLEGATO MODELLO EC2
Mod EC./EN. 2a Pagina 2
(a cura del responsabile locale)
Codice
Esperimento
Gruppo
STARTRACK
5
Rapp. Naz.: COLAUTTI Paolo
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA
NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005
In KEuro
A CARICO DELL' I.N.F.N.
Struttura
Missioni
interne
Materiale
di
consumo
Missioni
estere
SJ
SJ
SJ
Trasporti
e
facchinaggi
SJ
Spese
di
calcolo
Affitti
e
Materiale Costruzione TOTALE
manutenzione inventariabile apparati
Compet.
SJ
SJ
SJ
SJ
SJ
LNL
PD
3,0
2,0
5,0
3,0
2,0
1,0
8,0
4,0
18,0
10,0
TOTALI
5,0
8,0
3,0
12,0
28,0
NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente
Mod EC./EN. 4
A
carico
di altri
Enti
(a cura del responsabile nazionale)
0,0
0,0
Codice
Esperimento
Gruppo
STARTRACK
5
Rapp. Naz.: COLAUTTI Paolo
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA
NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004
B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005
C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI
Anno
finanziario
Missioni
interne
Missioni
estere
Materiale di Trasporti e
consumo facchinaggi
Spese di
calcolo
In kEuro
Affitti e
Materiale
Costruzione
manutenzione inventariabile
apparati
TOTALE
2003
2004
2,0
2,0
5,0
4,0
1,0
41,0
12,0
48,0
19,0
TOTALE
4,0
9,0
1,0
53,0
67,0
Mod EC. 5
(a cura del rappresentante nazionale)
STARTRACK: ATTIVITÀ SVOLTA
La camera di misura di STARTRACK è stata installata sul canale +50° della sala sperimentale 1
del complesso Tandem-ALPI dei LNL nel giugno del 2004, vedi figura 1.
Figura 1. La camera, con il suo supporto, trasportata verso il punto di misura (a sinistra) e quindi
montata ed allineata all’asse del canale +50°.
La camera di misura si apre calando il fondo, che appare in figura 2. Tutte le movimentazioni, così
come le alimentazioni e le uscite per i segnali, sono sul fondo movibile per facilitare il montaggio
dei rivelatori e l’allineamento dei medesimi con i collimatori di fascio e con la diagnostica.
L’accuratezza dell’allineamento dovrà essere di circa 1 mrad.
Figura 2. La camera di misura “aperta”. Sulla colonna verticale ed i piani ottici di destra andranno
montati il nanodosimetro di traccia, ed i rivelatori di trigger e anti-trigger. Sul piano ottico di
sinistra andrà montata la diagnostica di fascio. In alto si intravedono le due cavità della camera: in
quella di sinistra (sotto vuoto) si alloggerà la diagnostica di fascio, in quella di destra (a 3 mbar) il
nanodosimetro di traccia ed il sistema di trigger.
E’ iniziata la costruzione del contatore di singoli elettroni, che non è altro che è un contatore
proporzionale piano multiplo (MSAC) composto da 4 o più griglie accatastate una sull’altra. Lo
MSAC deve avere un guadagno superiore a 2 107 per contare un elettrone con il 100% di
efficienza. In figura 3 si può vedere il sistema di ‘inscatolamento” delle griglie con alcune griglie
di prova da 110 mm. In base all’esperienza con le vecchie griglie di 90 mm di diametro del
Weizmann Institute, lo MSAC è stato progettato con un gap di 3 mm tra griglia e griglia. Il
progetto prevede la costruzione di griglie con fili da 25 µm, 50 µm e 100 µm di diametro ed uno
studio sperimentale che massimizzi il guadagno variando sia il diametro dei fili delle griglie sia il
loro numero nello MSAC. La scatola di figura 3 posiziona con precisione le griglie e le isola una
dall’altra. Con le prime griglie costruite con fili di tungsteno dorato da 25 µm non si è raggiunto il
guadagno desiderato. Riteniamo che ciò sia dovuto ai fili troppo piccoli. A 3 mbar infatti il campo
elettrico generato dal filo giuoca un ruolo fondamentale nella struttura di valanga (più del piano
elettrodico) ed è noto che a bassa pressione si hanno guadagni maggiori con i fili più grossi
[V.Cesari et al. Nanodosimetric measurements with an avalanche confinement TEPC.
Rad.Prot.Dosim. 99, 337-342, 2002].
Figura 3. Contatore di singoli elettroni. Si vedono la scatola, i contatti elettrici per l’alta tensione
e alcune griglie di prova.
Con fili da 50 µm o 100 µm e la cornice di vetronite di 1.6 mm di spessore le griglie sono
risultate essere di bassa qualità. Con la tensione di tessitura giusta la cornice di vetronite si
incurva. Se la tensione viene diminuita i fili si allentano dopo la saldatura. Poichè per avere un
fattore di moltiplicazione indipendente dalla posizione dell’elettrone al suo arrivo sulla prima
griglia, si richiede che le deviazioni dal piano della cornice non superino 0,1 mm, fili allentati o
griglie non planari portano a diminuire l’efficienza di misura E’ quindi neccessario modificare il
progetto, ispessendo la vetronite e aumentando di conseguenza le distanze tra le griglie.
Entro il 2004 è prevista la conclusione delle seguenti attività:
1. allineamento dei piani ottici porta-rivelatori con l’asse del canale;
2. completamento dei sistemi di pompaggio e di flusso del gas di misura;
3. implementazione dell’ hardware e del software di controllo degli step-motors che
controllano i movimenti;
4. installazione dei rivelatori di diagnostica di fascio;
5. cablaggio dei 256 canali di misura della diagnostica;
6. test di funzionamento della diagnostica di fascio;
7. acquisizione dell’hardware di alimentazione di bassa (32 canali a 15 bit) ed alta tensione (4
canali) del nanodosimetro di traccia;
8. implementazione del software di gestione del sistema di alimentazione.
STARTRACK: ATTIVITÀ PREVISTA PER IL 2005
Per il 2005 è prevista la modifica della MSAC ed il suo definitivo test con griglie da 50 µm e 100
µm. Per questo obiettivo la sezione di Padova chiede di rifinanziare la costruzione di nuove
griglie e del loro supporto (4000 €) ed i fili di tungsteno dorato necessari (1000 €).
E’ quindi previsto il montaggio del rivelatore, composto da un collettore di elettroni, una colonna
di drift ed il contatore di singoli elettroni, ed il suo cablaggio.
Obiettivo finale per il 2005 è testare tutto l’apparato di misura con un fascio accelerato di protoni.
Per raggiungere tale obiettivo è necessario avere un rivelatore (trigger) che abilita l’acquisizione
del nanodosimetro di traccia al passaggio di una particella ed uno che inibisca l’acquisizione (antitrigger) se arriva una seconda particella nel mentre le ionizzazioni create dalla prima sono in fase
di raccolta.
II particella
d
I particella
Trigger
Anti-trigger
Volume
sensibile del
nanodosimetro
Figura 4. Schema di funzionamento della misura. d è la distanza del volume sensibile del
nanodosimetro di traccia dalla traiettoria della particella, di cui si vuole misurare la ionizzazione
alla distanza d.
In figura 4 è mostrato lo schema di funzionamento dei rivelatori di trigger. Al passaggio della
particella I il trigger abilita il nanodosimetro di traccia ad acquisire. La misura di tutti gli elettroni
creati dalla particella nel volume sensibile del nanodosimetro impiega circa 10 µs. Se una II
particella passa nel frattempo, essa darà origine ad altri eventi di ionizzazione nel volume sensibile
del nanodosimetro dando origine ad una misura di un cluster di ionizzazione erroneamente grande.
In questo caso è perciò necessario un segnale di rifiuto di tale misura. Il segnale di rifiuto potrà
venire dal trigger stesso (se la II particella è in asse con il fascio) o dall’anti-trigger se essa non è
in asse. Le precedenti misure di “banco”, effettuate con una sorgente alfa, avevano un tasso di
conteggio di circa 0,4 Hz, perciò veniva usato un trigger lento (uno stato solido, raccolta in carica,
formatura 1 µs) e non c’era bisogna dell’anti-trigger. I rate di conteggio con i fasci di ioni
accelerati sono previsti essere tra 100 e 1000 Hz. A questi tassi di conteggio la probabilità di pileup su 10 µs non è più trascurabile. Perciò sono necessari sia il trigger sia l’anti-trigger ed inoltre
essi devono dare segnali veloci, confrontabili con il segnale di raccolta di un elettrone (~20 ns).
È stato condotto un test preliminare utilizzando un leak microstructure detector (LMD) per vedere
se tale rivelatore, progettato per funzionare a pressione atmosferica [M.Lombardi et al.
Performances of the leak microstructures. NIM A 477, 64-71, 2002] è in grado di dare segnali
misurabili anche a 3 mbar di propano, che saranno le condizioni operative di STARTRACK. In
figura 5 si vede l’apparato sperimentale usato per il test. Sopra lo LMD è stato avvitato un
distanziatore di 10 mm di spessore su cui si avvita l’elettrodo di rame su cui è stato fatto un foro
da 1 mm chiuso da una foglia di oro di 10 µg/cm2.
Figura 5. Il LMD usato per le misure di test a 3 mbar di propano (sinistra). L’apparato di misura a
destra mostra l’elettrodo di drift e la sorgente alpha (nel cilindro verticale di alluminio).
Mean needle pulse [- mV]
360
300
100
100
10
10
100
1
1
100
200
40
35
35
1000
400
0
40
460
300
Needle bias [V]
400
500
600
Needle-pulse mean falling time [ns]
500
1000
30
30
400
360
25
25
20
20
460
15
15
10
10
5
5
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Needle bias [V]
Figura 6. Impulso medio misurato sulle punte in funzione della tensione delle punte e per diverse
tensione dell’elettrodo di drift (sinistra). Tempi di formazione dell’impulso in funzione della
tensione delle punte e per diverse tensione dell’elettrodo di drift (destra). Vedi testo.
Per il test è stata usata una sorgente alpha di 244Cm. Le particelle alpha entravano
perpendicolarmente attraverso l’elettrodo di drift, che si trova a 10 mm dal LMD. A 3 mbar di
propano una particella alpha della sorgente di 244Cm genera in media 320 ionizzazioni nei 10 mm
del rivelatore . Le prime misure davano piccoli impulsi, ma poi, estraendo le punte di 1 mm si
sono ottenuti impulsi fino a circa 1 Volt e molto veloci, vedi figura 6. La struttura di valanga di un
LMD è complessa a 3 mbar, poichè essa interessa tutti e tre gli elettrodi. Il cosiddetto elettrodo di
drift, che è tale ad alta pressione, modula infatti il guadagno del rivelatore in modo sostanziale
(vedi figura 6). Il test indica che il LMD può essere usato come trigger, ma per avere segnali
grandi senza scariche ed effetti secondari bisogna modificarlo, ottimizzando il disegno del piano
catodico da cui emergono le punte ed il posizionamento delle punte stesse. Si prevede quindi di
costruire alcuni LMD circolari di 50 mm di diametro in diverse configurazioni per studiare
l’ottimizzazione dei parametri costruttivi. La costruzione di 1 LMD costa 1700€. Se ne prevede la
costruzione di tre, con tre diversi disegni dell’elettrodo catodico. Lo LMD con la configurazione
migliore, per altezza, velocità e stabilità del segnale, verrà direttamente utilizzato come trigger ed
anti-trigger.
Per riassumere l’attività prevista per il 2005 è:
1.
2.
3.
3.
4.
4.
5.
completamento della MSAC;
montaggio del nanodosimetro di traccia;
cablaggio del nanodosimetro di traccia;
sviluppo del rivelatore di trigger e del rivelatore di anti-trigger
montaggio del trigger e dell’anti-trigger
completamento del software di acquisizione dati del nanodosimetro di traccia;
test di funzionamento con protoni (milestone)
Codice
Esperimento
Gruppo
STARTRACK
5
Rapp. Naz.: COLAUTTI Paolo
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA
NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
PREVISIONE DI SPESA
Piano finanziario globale di spesa
In KEuro
ANNI
FINANZIARI
2005
Spese
Materiale
Affitti e
Materiale Costruzione
Trasporti e
Missioni Missioni
di
di
manutenzione inventariabile apparati
facchinaggi
interne estere
calcolo
consumo
5,0
8,0
3,0
12,0
TOTALI
Mod EC./EN. 6
5,0
8,0
3,0
0,0
0,0
0,0
0,0
12,0
TOTALE
Compet.
28,0
28,0
(a cura del responsabile nazionale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
LNL
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: COLAUTTI Paolo
Gruppo
5
COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA
N
RICERCATORE
Cognome e Nome
Qualifica
Dipendenti
Incarichi
Affer.
al
. gruppo
%
N
Ruolo Art. 23 RicercaAssoc
1 COLAUTTI Paolo
2 DE NARDO Laura
3 MORO Davide
Ric.
Art.2222
Dott.
TECNOLOGI
Cognome e Nome
80 1 CANELLA Stefania
100 2 CONTE Valeria
40 3 POGGI Marco
5
5
5
Qualifica
Incarichi %
Ass.
Ruolo Art. 23
Tecnol.
25
I Tecn
80
Tecn.
25
I Tecn
Dipendenti
Numero totale dei Tecnologi
Tecnologi Full Time Equivalent
N
TECNICI
Cognome e Nome
3
1.3
Qualifica
Incarichi
Dipendenti
Ruolo
Art. 15
Collab.
tecnica
1 CHIURLOTTO Francesca CTer.
Numero totale dei ricercatori
Ricercatori Full Time Equivalent
3 Numero totale dei Tecnici
2.2 Tecnici Full Time Equivalent
SERVIZI TECNICI
Denominazione
1 Serv. Tecn. Mec. Mat.
mesi−uomo
3.0
20
1
0.2
Annotazioni:
− DE NARDO Laura: titolare di contratto art. 2222 c.c. fino a
gennaio 2005; successivamente titolare di assegno di ricerca
Università di Padova/LNL
Osservazioni del direttore della struttura in merito alla
disponibilità di personale e attrezzature
Il supporto richiesto è compatibile con le risorse della struttura
Mod EC./EN. 7
%
Assoc.
tecnica
(a cura del responsabile locale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Struttura
PD
Codice
Esperimento
STARTRACK
Resp. loc.: Giorgio TORNIELLI
Gruppo
5
COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA
N
RICERCATORE
Cognome e Nome
Qualifica
Dipendenti
Incarichi
Affer.
al
%
gruppo
.
Art.
23
Ruolo
Ricerca Assoc
1 TORNIELLI Giorgio
P.A.
5
N
TECNOLOGI
Cognome e Nome
Qualifica
Incarichi %
Ass.
Ruolo Art. 23
Tecnol.
Dipendenti
100
Numero totale dei Tecnologi
Tecnologi Full Time Equivalent
N
Numero totale dei ricercatori
Ricercatori Full Time Equivalent
Cognome e Nome
Qualifica
Incarichi
Dipendenti
Ruolo Art. 15
Annotazioni:
mesi−uomo
Osservazioni del direttore della struttura in merito alla
disponibilità di personale e attrezzature
Mod EC./EN. 7
%
Collab.
Assoc. tecnica
tecnica
1 Numero totale dei Tecnici
1 Tecnici Full Time Equivalent
SERVIZI TECNICI
Denominazione
TECNICI
0
0
(a cura del responsabile locale)
0
0
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA
NUCLEARE
Preventivo per l'anno 2005
Codice
Esperimento
Gruppo
STARTRACK
5
Rapp. Naz.: COLAUTTI Paolo
MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005
Data
completamento
31/12/2005
Descrizione
Test di misura con fascio accelerato di protoni
Mod EC./EN. 8
(a cura del responsabile nazionale)
