Camera a Bolle - INFN-LNF
annuncio pubblicitario
Camera a Bolle • Eʼ costituita da un recipiente metallico contenente un liquido surriscaldato e compresso. • Una particella carica ionizza il liquido e lungo il percorso si formano bollicine che possono essere fotografate ottenendo una ricostruzione delle tracce. Tracce fotografate in Camera a Bolle Rivelatori a Scintillazione Questi rivelatori usano come elemento attivo dei materiali che hanno la proprietà di emettere luce visibile quando sono attraversati da particelle cariche Il fenomeno di Scintillazione è causato dalla eccitazione e successiva diseccitazione degli atomi dei materiali scintillanti Esistono vari tipi di materiali scintillanti: • cristalli • materiali plastici La scintillazione eʼ utilizzata principalmente nei calorimetri La luce di scintillazione prodotta dalla particella si propaga allʼinterno dello scintillatore e viene raccolta da Fotomoltiplicatori Nei laboratori di fisica delle particelle si fa un larghissimo uso di scintillatori plastici per rivelazione di raggi cosmici Fotomoltiplicatori • I fotomoltiplicatori sono rivelatori di luce. Sono costituiti da un tubo di vetro sotto vuoto in cui sono presenti un fotocatodo, un anodo e diversi dinodi. I fotoni colpiscono il fotocatodo che, per effetto fotoelettrico, emette elettroni che sono poi moltiplicati sui dinodi e raccolti sullʼanodo. • Sono rivelatori molto sensibili. Riescono a produrre un segnale elettrico anche se vengono colpiti da un solo fotone. Vengono spesso usati in combinazione con scintillatori Fotomoltiplicatori Rivelatori a Radiazione Cherenkov Lʼeffetto Cherenkov consiste nell'emissione di radiazione elettromagnetica (luce) da parte di una particella in moto ad una velocità superiore alla velocità della luce nel mezzo attraversato. Misurando lʼangolo del cono di luce si ricava la velocità della particella Analogia con un aereo che supera la barriera del suono (1238 km/h) Rivelatori a Gas • Questi rivelatori usano un gas come elemento attivo. • Il gas viene ionizzato dalle particelle cariche, che creano coppie elettrone (e–) Ione (X+) (Ionizzazione primaria). • Gli e– emessi (_-rays) vengono accelerati applicando un campo elettrico e possono produrre a loro volta Ionizzazione Secondaria innescando una Moltiplicazione a Valanga Un tipico rivelatore a ionizzazione è costiruito da un cilindro riempito di gas con al centro un filo metallico posto ad alta tensione (HV ≈ 3000V) La ionizzazione eʼ utilizzata principalmente nei rivelatori traccianti Rivelatori a Ionizzazione a geometria cilindrica Il campo elettrico radiale E = k/r crea la valanga nelle immediate vicinanze del filo. La carica finale può arrivare fino a 108 volte la carica iniziale. Tale valore si chiama Guadagno de Rivelatore Qf áx G= =e qi x è il cammino dellʼelettrone _ è il Coefficiente di Townsend Rivelatori a Ionizzazione • In presenza di campo elettrico gli elettroni viaggiano verso lʼanodo (gli ioni verso il catodo), producendo un segnale elettrico • Cambiando la tensione applicata si hanno diversi modi di funzionamento: • Camera a Ionizzazione • Contatore Proporzionale • Contatore Geiger Camere Proporzionali a Multifilo (MWPC) • Il principio è quello dei rivelatori a gas a geometria cilindrica. • Il rivelatore è formato da molti fili paralleli posti tra 2 catodi ad una distanza di ~ 2 mm. George Charpak, 1968 Premio Nobel 1992 Camere Proporzionali a Multifilo (MWPC) • Ogni filo si comporta come un rivelatore indipendente. • Il segnale elettrico si forma sul filo più vicino alla particella dando una informazione sulla sua posizione. KLOE Rivelatori al Silicio • Questi rivelatori usano un sottile strato di Silicio come elemento attivo. • Il Silicio viene ionizzato dalle particelle cariche, che creano coppie elettrone (e) lacuna (h) (Ionizzazione primaria). • In presenza di campo elettrico gli elettroni viaggiano verso lʼanodo e le lacune verso il catodo, producendo un segnale elettrico. A differenza dei rivelatori a gas non cʼè né Ionizzazione Secondaria né Moltiplicazione a Valanga. Rivelatori al Silicio Sono rivelatori ad altissima risoluzione spaziale (50µm) usa ti spesso come rivelatori di vertice, in zone molto vicine al punto di collisione dei fasci di particelle LHCb BaBar ATLA S CLEO III Rivelatori a GEM • I rivelatori a GEM sono rivelatori a gas inventati da Fabio Sauli nel 1997. • Una GEM (Gas Electron Multiplier) è costituita da un sottile foglio di materiale plastico (kapton) ricoperto di Rame su entrambi i lati. Il foglio contiene tanti piccolissimi fori (diametro 70 µm, passo 140 µm). Rivelatori a GEM Applicando una differenza di potenziale (400 V) tra le facce della GEM si crea un campo elettrico molto alto allʼinterno dei fori, che innesca la moltiplicazione a valanga degli elettroni. Un guadagno di 106 si può ottenere con una Tripla-GEM Cathode Conversion & Drift 3 mm Transfer 1 2 mm Transfer 2 2 mm Induction 2 mm GEM 1 Un rivelatore a Tripla-GEM è composto da un Catodo, 3 GEM e un Anodo dove si forma il segnale. GEM 2 GEM 3 Anode Read-out Rivelatori di vertice a GEM Cilindrica Le GEM si possono adattare a diverse geometrie. Uno sviluppo interessante è la realizzazione di rivelatori a GEM Cilindrica. Un Tracciatore Interno fatto da rivelatori a GEM Cilindrica verrà installato nel 2009 nel nuovo KLOE Read-out Anode 2 mm GEM 3 2 mm GEM 2 2 mm 3 mm GEM 1 Cathode PET (Positron Emission Tomography) Tomografo di rivelatori Si inietta un radiofarmaco nel corpo del paziente e si rivelano i fotoni emessi PET (Positron Emission Tomography) Si ottengono immagini sulla funzionalità dellʼorganismo PET (Positron Emission Tomography) Zone diverse del cervello mostrano attività quando si legge o si ascolta Lo sviluppo sui rivelatori ha contribuito a migliorare la risoluzione delle immagini
