Radiografia muonica*
*“Non sigla” ma da “recepire” da INFN
•
Introduzione
•
Attività svolta e risultati acquisiti
Dimostratore a Legnaro
Metodi di analisi
Risultati
•
Nuovi progetti
•
Costruzione nuovo rivelatore
•
Richieste alla sezione
Partecipanti: M.Benettoni, E Borsato, P. Checchia, E. Conti, F. Gonella, F. Montecassiano,
G. Nebbia, M. Pegoraro, S. Pesente, S. Vanini, G. Viesti, G.Zumerle
4/07/2008
Consiglio di Sezione
1
Introduzione
I muoni cosmici (1/sec/strad) attraversando del materiale
• perdono Energia
• subiscono una deviazione (diffusione multipla Coulombiana)
La deviazione è circa Gaussiana
con media 0 e dev. quadr. media

13.6MeV
pc
x
X0
Materiale denso: > assorbimento, >deviazione
Possibile determinare la quantità (la lungh. di rad.) del materiale attraversato
1.
Dalla percentuale di µ assorbiti (attenuazione del flusso)
2.
Dalla misura dell’angolo di diffusione
4/07/2008
Consiglio di Sezione
2
Introduzione
Diffusione: tecnica proposta da
un gruppo di Los Alamos per il
controllo di materiali ad alto Z
(contrabbando di materiale
fissile)
Necessita di
rivelatori di traccia di grande
superfice e di buona risoluzione
angolare (~ 10 mrad)
tempi ridotti di acquisizione
dati (~5-10 min)
4/07/2008
Consiglio di Sezione
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Vantaggi - Svantaggi rispetto alle tecniche basate sulla
attenuazione del flusso
• Vantaggi
– “Ogni” muone fornisce informazione
sulla densità del materiale
– L’informazione è potenzialmente
tridimensionale
• Svantaggi
– L’informazione contenuta
nell’angolo di scattering non è di
tipo deterministico ma stocastico
 L
 2  C scat2
p
– L’angolo di scattering dipende anche
dal momento del muone, a priori
sconosciuto
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Consiglio di Sezione
4
Dimostratore a Legnaro*
Utilizzate le camere ( e i SL) spare di CMS
3m x 2.4m ≈ 7 m2 area attiva
Risoluzione:
≈ 1 mrad in Φ (2 SuperLayers,
con braccio di leva)
≈ 10 mrad in Θ (1 SL)
2 camere
2 SL per la
valutazione
del momento
* Fondi da Progetto di Ateneo U.P.
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5
Metodi di analisi
• Il metodo più semplice:
Single Scattering
Approximation (SSA)
4/07/2008
• Fallisce in presenza di
centri di scattering
sovrapposti. Serve un
algoritmo più complesso
Consiglio di Sezione
6
Risultati
Piombo “in camicia”
4/07/2008
7
Risultati
Blocchetti
(Fe,Pb) ad
altezze diverse
Blocchetti di vari materiali
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Consiglio di Sezione
8
Risultati
Contributi da Brescia (simulazione e analisi) e
Genova (metodi analisi tomografica)
Presentazioni a 4 conferenze internazionali
Abstract inviato ad IEEE 2009
Lavoro NIM in via di preparazione
4/07/2008
Consiglio di Sezione
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Nuovi Progetti I
ESPRESSIONE DI INTERESSE PER LA
PARTECIPAZIONE AL PROGETTO SLIMPort
INDUSTRIA 2015 Bando Mobilità Sostenibile
m.u*
WP900.10.60
32
Muon Tomography Development
0
Task.900.10.10.10
Definition of Requirements
Task.900.10.10.20
Lab test protocol definition
1,0
Task.900.10.10.30
SW development
12,0
Task.900.10.10.40
Lab tests
9,0
Task.900.10.10.50
Design of a field system
8,0
Task.900.10.10.60
Evaluation of results
1,0
1,0
Scadenza presentazione progetto: 15 settembre
Solo attività di laboratorio e calcoli
* Previsto assegno di ricerca =>29 mu
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Consiglio di Sezione
10
Nuovi Progetti II
Proposal Acronym
Mu-Steel
Proposal full title
Cosmic-ray Muons scanner to detect hidden
nuclear substances
List of participants[1]:
Participant no. *
Participant organisation name
Country
1 TG (Coordinator)
Tecnogamma SpA*
IT
2 DEI
University of Padova – Dept. of Information Eng.
IT
4 INFN
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
IT
5 AFV
AFV Acciaierie Beltrame SpA
IT
6 DUF
Duferco
B
Scadenza presentazione progetto alla UE: 15 settembre
Eventuale data inizio (dopo approvazione) 6-09
*Industria alta tecnologia di Badoere (TV)
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Consiglio di Sezione
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Nuovi Progetti II
Individuazioni “sorgenti orfane”
in camion di materiale ferroso destinato alle fonderie
Risultati simulazione con
5 min di presa dati
(senza ottimizzazione)
Nuovo rivelatore
Cella di deriva CMS
Possibile cella alternativa
Nota Bene:
impossibile (ed inutile)
pensare di produrre
camere complesse
come quelle di CMS
4/07/2008
Consiglio di Sezione
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Nuovo rivelatore
Esempio di una nuova “camera” per dimostratore operativo:
• 3 punti per traccia per “piano”
…….


• 2 piani
• 2 coordinate= 12 “strati”
• 4x4 m2  640 celle da 4 m
~.78 m
Possibile
produrne una
se passa il
progetto
4/07/2008
<
4m
> 
Richieste
Programma preliminare (entro eventuale partenza progetto):
•Produrre un piccolo numero di celle (5-10) di dimensioni ridotte (1-2 m)
•Testarne il funzionamento e le caratteristiche
Richieste Servizi:
Progetto meccanico (Ing.) 3 m.u.
Ufficio tecnico 4 m.u.
Officina Meccanica 4 m.u.
Progettazione-realizzazione schede elettroniche
(distribuzione H.T. ecc.) 6 m.u.
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Tecniche alternative attualmente allo studio:
• liquid scintillators and pulse shape discrimination (Oak Ridge National
Laboratory, USA )  tecnica passiva - rivelatori in contatto con il materiale
nucleare – 4-8 kg di HEU – 10-2 cps
• plastic scintillators, total coverage of the container (Scientific Development
Branch, Home Office, UK ) tecnica passiva – rivelatori in contatto con tutto il
container – 1-2 kg di HEU – tempo di misura 1 h (simulazione MC)
• Pulsed DD neutron generator (Idaho National Laboratory, USA)  tecnica
attiva  neutroni da 2.5 MeV – rivelatori a < 1 m dal materiale nucleare – 8 kg di
HEU – 10-2 cps
• DT neutron generator (Idaho National Laboratory, USA)  tecnica attiva 
neutroni da 14 MeV – generatore e rivelatori in contatto con il materiale nucleare –
2.2 kg di HEU – tempo di misura 10 min.
• pulsed photonuclear inspection system (Idaho National Laboratory, USA) 
tecnica attiva – acceleratore di elettroni da 10 MeV – rivelatori a contatto con il
materiale nucleare – 20 kg di HEU – tempo di misura 2 min. (fallito con shield di
polietilene)
• transmission radiography of mono-energetic gamma rays (Massachusetts
Institute of Technology and Raytheon Integrated Defense Systems, USA) 
tecnica attiva – 6x109 gamma/s/sr a 4.4 e 15.1 MeV – 100 cm3 di HEU – tempo
stimato di misura < 1 min. (simulazione MC)