Rivelatori a scintillazione

Rivelatori a scintillazione
M. Sozzi
Lab. Fisica Interaz. Fondamentali
Scintillatori inorganici
© Derenzo
© Birks
dL
dE / dx
=S
dx
1 + k B dE / dx
Legge di Birks
M. Sozzi
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Scintillatori inorganici
M. Sozzi
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Scintillatori
M. Sozzi
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NaI(Tl)
Spettro di emissione
M. Sozzi
Distribuzione temporale
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Scintillatori inorganici: spettri
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Scintillatori organici (1)
© Birks
PPO
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POPOP
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Stokes’ shift
Scintillatori
organici (2)
Sir George Gabriel Stokes
(1819-1903)
Principio di Franck-Condon
James Franck Edward Uhler Condon
(1882-1964)
(1902–1974)
Nobel 1925
Auto-assorbimento: larghezza
spettri dipende dall'occupazione;
ad alte temperature aumenta
l’assorbimento.
Quenching: F→F' con emissione
fononi e non luce
M. Sozzi
© Birks
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Scintillatori organici (3)
Quantita’ di luce
Risposta
temporale
M. Sozzi
© Bollinger & Thomas
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Scintillatori organici (plastici)
M. Sozzi
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Odoscopio a scintillazione
M. Sozzi
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Scintillatori organici: spettri
M. Sozzi
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Scintillazione
Quantita’ di luce
M. Sozzi
Percorso
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Scintillatori
M. Sozzi
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Scintillatori
Dipendenza dalla temperatura
Fibra scintillante
Wavelength-shifter
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Fotomoltiplicatori (PMT)
© Hamamatsu
M. Sozzi
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PMT: sensibilita’
1 p.e.
2 p.e.
3 p.e.
4 p.e.
© Knoll
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PMT: fotocatodo
M. Sozzi
© Burle
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PMT: dinodi
© Persyk
Emissione secondaria da dinodi
Moltiplicazione δ
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PMT: polarizzazione
M. Sozzi
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Impulso di tensione
PMT
10 mV/div - 5 ns/div
Effetto di campi magnetici
© Burle
Guadagno e corrente oscura
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Accoppiamento (1)
Teorema di Liouville
L2 S 2
≤
L1 S1
Joseph Liouville
(1809-1882)
© Spieler
Guide di luce
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Accoppiamento (2)
Efficienza quantica
Trasmissione finestra
© Burle
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Altri fotorivelatori
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Fotodiodi a valanga
APM: Avalanche
Photo Diode
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HPD: Hybrid Photo Detector
© Hamamatsu
Fotoelettroni accelerati da intenso campo elettrico colpiscono CCD o APD.
Compatti
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Moltiplicatori di Elettroni
© Derenzo
Moltiplicatore di elettroni
Tubi di vetro tra facce
metallizzate nel vuoto
∆V ~ 800-1400 V
“Dinodo continuo”
Veloce,
bassa dispersione
temporale
© Philips
© Derenzo
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MCP: MicroChannel Plate
Rivelazione di raggi X, UV e
particelle cariche.
Mantiene l’immagine bidimensionale
in ingresso con guadagno lineare ~
1000 (con fosfori: immagine visibile).
Immune a campi magnetici, basso
rumore e consumo, elevata
risoluzione.
© Photonis
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SiPM: Fotomoltiplicatore al Silicio
GTK (Trento)
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Elettronica
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Il “front-end”
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Cavi coassiali
2πε
C' =
F/m
ln( R / r )
µ ln( R / r )
L' =
H/m
2π
Z 0 = L' / C ' ≈
60 Ω
ε
ln( R / r )
Connettore BNC
Cavo RG-58
Connettore LEMO ©
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Adattamento di impedenza
AR
Z 2 − Z1
= R=
AI
Z 2 + Z1
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Cavi coassiali
Impedenza caratteristica
Costante dielettrica
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Standard NIM
Nuclear Instrumentation Methods (1964)
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Standard CAMAC
Computer Automated Measurement
And Control (1981)
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Standard VME
VersaModule Eurocard (1981)
Standard FASTBUS
(1986)
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Discriminatori (1)
Trigger di Schmitt
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Discriminatori (2)
Walk
Tempo morto
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Tempo morto
Rvera
Rmis
=
1 − Rmisτ
Non paralizzabile
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Moduli logici
Coincidenze
(AND)
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Moduli vari (1)
Fan-in, Fan-out
Logico (NIM) o lineare
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Scaler
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Moduli vari (2)
Generatore di gate
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Dual timer
Time to Amplitude Converter
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Alimentatori alta tensione
Connettori HV
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