1
Marcello Abbrescia - Universita di Bari
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il problema
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
La rivelazione delle mine anti-uomo
E’ uno dei residui piu’ odiosi delle guerre: E’ un'arma di distruzione di massa
ad azione lenta; a differenza dei proiettili e delle bombe, le mine anti-uomo
non hanno un bersaglio.
20 milioni di mine in AFGHANISTAN
6 milioni in KUWAIT
Sono tante:
7 milioni in KURDISTAN
6 milioni in BOSNIA, una mina ogni abitante e mezzo
89 milioni nel resto del mondo.
Le mine sono mutate nel tempo ma alcune loro caratteristiche fondamentali sono rimaste
uguali e sempre tali da rendere l’ordigno poco costoso ma di grande efficacia operativa.
Tutte le mine sono caratterizzate da:
costi di fabbricazione e di gestione piuttosto contenuti;
difficoltà di rilevamento ed eliminazione;
minimo costo e massima efficacia;
2
forma, dimensioni e caratteristiche tali da creare nel combattente un
elevato senso di insicurezza.
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Qualche numero ...
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
MINE ANTI-UOMO INESPLOSE
100.000.000
PERSONE MUTILATE O UCCISE OGNI ANNO
15.000
(~300 ogni settimana)
COSTO MEDIO DI UNA MINA
Euro 10
COSTO MEDIO PER DISATTIVARLA
Euro 500
MINE PRODOTTE OGNI ANNO
10.000.000
PAESI CON MINE ANTI-UOMO
62
PAESI PIU' COLPITI
3
Cambogia
Afganistan
Angola
Mozambico
ex Jugoslavia
Sudan
Somalia
EL-Salvador
Kurdistan
Kuwait
MAGGIORI PRODUTTORI
paesi ex Unione Sovietica
Cina
un tempo … Italia (~ 3%)
Mine anti - uomo piu’ diffuse:
MRUD
PFM
MON 100 e MON 200
PMA-2A
PMA-3
OZM-3
MAUS
SB-33
VALMARA 69
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
La maniera per rivelarle ...
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Rivelare le mine anti-uomo e’ difficile:
alcune sono fatte di materiale plastico ed esplosivo: niente metalli.
Molte sono costruite per esplodere non dopo un singolo urto, ma dopo aver
subito ripetuti urti e contatti.
I metodi di rastrellamento (di tipo meccanico) del terreno possono non essere
adeguati
Metal Detector
insufficiente!
Molto spesso il metodo piu’
efficace e’ questo!
Nell’ambito del quinto progetto
quadro della comunità europea una
comunità di fisici internazionali ha
proposto nuovi metodi e strumenti di
rivelazione: collaborazione DIAMINE
4
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il metodo
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
A volte, si possono usare metodi piu’ intelligenti (e sicuri) del metal detector...
I metodi di bakscattering si basano sulla rivelazione particelle che sono state emesse
da una sorgente, hanno interagito nel suolo e riemergono da esso
Ad esempio:
252Cf
Cosmics
n veloci
252Cf
Il goal è rivelare neutroni
termalizzati nel terreno
source
RPC
Thermal n
 and “fast” n
Ground
Landmine
5
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il segnale ...
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Per cercare di capire se il segnale e’ sufficiente in genere si ricorre a tecniche
tipo Monte Carlo; in questo caso GEANT 3.18
6
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
La localizzazione del segnale
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Camera 40 x 40 cm2
Il segnale e’ ben
localizzato nei
pressi della mina
Sulla camera incidono:
Dal suolo (nel caso della mina più piccola):
 800 neutroni termici/s se c’e’ la mina
 400 neutroni termici/s se non c’e’ la mina
7
Il segnale da rivelare e’
 400 n/s
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come si rivelano i neutroni
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
I neutroni, essendo particelle neutre e, quindi non ionizzanti,
possono essere rivelati
solo dopo l’interazione in un materiale
“convertitore”
produzione di particelle secondarie ionizzanti
8
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Sezione d’urto totale ai neutroni
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Si possono usare un certo numero di reazioni per rivelare i neutroni lenti: ad esempio:
La sezione d’urto,
per tutti questi,
materiale, esibisce
un andamento del
tipo: 1/v
9
E’ cio’ che ci serve:
molto sensibili ai n termici poco sensibili ai n veloci
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Tipi di convertitori
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Il Cd non produce particelle secondarie ionizzanti
L’ 3He (o il BF3) sono convertitori gassosi, e sono molto usati
allo stesso tempo come convertitori e come gas in cui
avvengono i processi di moltiplicazione per la generazione di un
segnale rivelabile.
2He
3
+ 10n
1H
3
+ 11p
0.764 MeV
I convertitori solidi hanno il vantaggio, rispetto ai convertitori
gassosi della maggiore densità:
Sezione d’urto macroscopica: =  N
10
(N: # centri di scattering/cm3)
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Rivelatori a gas con convertitori solidi
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Hanno lo svantaggio che la particella prodotta dalla conversione
deve sfuggire dal convertitore ed entrare nel volume attivo
del rivelatore per essere rivelata.
Compromesso tra:
maggiore probabilità di conversione
grande spessore
maggiore probabilità di fuga
11
piccolo spessore
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il 10B
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
I convertitori solidi che, in assoluto, hanno la sezione d’urto
più grande: 157Gd: 250 kbarn
155Gd:
75 kbarn
10B: 3.8 kbarn
(è naturale usare questi materiali…)
Il 10B è presente nel B naturale al 19.7%, ma ottenere Boro arricchito
(>90%) in 10B è relativamente semplice e poco costoso
10
1
5B
0n
+
7
3Li
+
7
3Li*
4
+
2
4
2
1.78 MeV (ground state)  6.3%
1.47 MeV (excited state)  93.7%
Le  prodotte hanno un range nel
10B di 3-4 m
12
Massimo spessore
utilizzabile
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
157Gd
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
In assoluto, il materiale che presenta la piu’ elevata sezione d’urto: 1401 cm-1 (~50 kbarn)
per i neutroni termici e’ il Gadolinio, in particolare il 157Gd (~20%dell’abbondanza
naturale)
~ 250 kBarn
Dopo la cattura di un neutrone termico, il Gd
(naturale) emette, nel 60% dei casi, un elettrone di
conversione
Range in Gd ~ 20 m
13
Energia (keV)
Elettroni/cattura (%)
29
39
71
78
81
88
131
149
173
180
191
198
228
246
9.82
4.19
26.80
6.17
4.97
1.16
3.41
0.84
1.46
0.31
0.30
0.06
0.40
0.02
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Confronto nat.Gd con 10B
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Tuttavia … e’ molto difficile e costoso ottenere Gd arricchito
in 157Gd (materiale di interesse strategico)
Si ricorre al Gd naturale, che ha la
seguente composizione isotopica
gli isotopi interessanti sono circa il 30%
Mass No.
152
154
155
156
157
158
160
%
0.2
2.2
14.8
20.5
15.7
24.8
21.8
•Il Gd naturale ha una  per i termici (50 kbarn) 12 volte superiore alla 
(3840 barn) del 10B
•Il range degli elettroni prodotti e’ > di quello delle alfa
•Dopo E=100 meV la sezione d’urto del Gd diminuisce molto più
rapidamente di quella del 10B.
•Per E1 eV è minore di quella del 10B
14
In queste applicazioni il Gd è da preferire rispetto al
10B
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il materiale
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Commercialmente, il Gd si trova sostanzialmente sotto due
forme …
Il Gd è un metallo, che reagisce debolmente in aria umida,
ossidandosi. E’ poco costoso, tranne quando richiesto in
piccoli spessori (dell’ordine del m) .
L’ Ossido di Gadolino Gd2O3 (volg. detto “Gadolina”) è polvere
bianca inerte (facile da maneggiare), con granuli di diametro
1-3 m, poco costosa.
15
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Ottimizzazione del materiale
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
n
Gas
Neutroni
interagenti
eEfficienza di
rivelazione
Gd
Elettroni
in uscita
Due processi in competizione:
assorbimento dei n termici
“grande” spessore
emissione degli e
“piccolo” spessore
Bisgno trovare uno spessore “ottimale” che soddisfi entrambe le esigenze
Ingredienti del programma:
•distribuzione angolare dei neutroni termici incidenti (~random, angolo massimo)
•sezione d’urto di conversione per i n termici
•distribuzione di probabilita’, spettro e range degli e- di conversione
16
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Ottimizzazione del materiale…2
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Nota: l’uscita degli elettroni dal Gd non e’ isotropa
Spessore “grande”:
solo gli elettroni prodotti
entro ~15 m contribuiscono al
flusso all’indietro
La maggior parte delle conversioni avviene
all’inizio del foglio di Gd
Gd
n
Gas
e-
Gd
Spessore piccolo rispetto
al range:
non c’e’ alcuna differenza
17
Spessore “grande”:
gli elettroni devono percorrere
in avanti un tragitto lungo: sfavoriti
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il risultato finale ...
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Facciamo i conti (per un rivelatore 10 x 10 cm2 ed una PMA-2):
Spessore ottimale ~ 10 m
Efficienza di conversione ~ 80%
Efficienza di rivelazione: 30-35%
Neutroni dalla mina incidenti
sul rivelatore: ~400 n/s
Segnale ~ 130 hit/s
Sorgenti di rumore
Dai cosmici:
 100 Hz/m2
 1 hit/s su tutta la camera
Rumore “intrinseco” della camera:
Avalanche mode:  1 Hz/cm2
Streamer mode:  0.1 Hz/cm2
Dalla sorgente:
 105 neutroni veloci/s (<E>  2.14 MeV)
 5 × 105 /s ( 10 keV < E <  2 MeV)
Un RPC standard e’ caratterizzato da:
Sensitivita’ ai   10-3
Sensistivita’ ai n 
18
10-4
Cosmics
 10 (100) hit/s
 5 × 102 hit/s
 10 hit/s
252Cf
RPC
Thermal n
Ground
source
 and “fast” n
Landmine
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Riassumendo:
E’ possibile costruire un rivelatore
adatto alle esigenze?

n veloci
cosmici
rumore
 5 × 102
 10
1
 10 hit/s
Totale
 5 × 102 hit/s
Soluzioni (?):
:
n:
Entrambi:
Rumore:
Cosmici:
19
ridurre Z e lo spessore del materiale
(fino a  20 m per strato)
ridurre lo spessore
allontanare il piu’ possibile la sorgente dal rivelatore
e, possibilmente, “taggarla”
usare il modo streamer mode ad alta soglia ed
un’elettronica noise-free
usare tecniche di anti-coincidenza
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Un possibile schema di principio
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
GND +
segnale
Mylar
alluminato
spess.=12 m
1 gap
2 gap
Telaio
esterno
Telai di sostegno
(PVC o vetronite)
Foglio di Gd a -HV
(spessore 12m)
L’idea é eliminare tutto quello che “non serve” e lasciare
solo il materiale strettamente necessario
Il foglio di convertitore in Gadolinio e’ il cuore del sistema; deve essere al centro di due zone di
rivelazione, per essere sensibili sia agli elettroni in avanti che a quelli all’indietro
Gli elettrodi sono fatti con fogli molto sottili di mylar alluminato: materiale facile da reperire
commercialmente e dalle caratteristiche adeguate
20
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Un possibile schema di principio
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Elettrodo di
lettura
Gap
Mylar+Gadolinio
Frame di vetronite
21
Fori per la circolazione
del gas
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
La fase esecutiva ...
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
I fogli di mylar devono essere tesi
”come la pelle di un tamburo” su dei
frames piu’ resistenti di vetronite
Deve essere realizzata una scatola
per contenere il tutto
22
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
I pezzi in fase di costruzione
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
23
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il rivelatore (quasi ...) finito
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
In linea di principio è il rivelatore ideale per questi scopi …
praticamente … non si potrebbe fare di meglio. I risultati ? …
24
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
… I risultati
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
25
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Un metodo alternativo
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Si tratta di realizzare lo strato
di convertitore con Gd2O3
mescolato con con olio di lino,
e spruzzare la miscela sulla
bakelite, poi usata per
realizzare RPC di tipo
standard.
Superfici a specchio …
26
L’olio di lino viene
regolarmente usato sulle
superfici interne degli RPC
realizzati in bakelite (ma viene
deposto in maniera diversa).
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
I vantaggi del metodo
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
1. Si realizzano strati estremamente uniformi, con spessore e
densità molto costanti
2. Non si alterano le proprietà elettriche (resistività
superficiale) degli elettrodi di bakelite
3. E’ un metodo facilmente realizzabile su grandi
dimensioni
4. E’ applicabile su scala industriale (come è richiesto dal
progetto DIAMINE), e le industrie hanno grande
esperienza a riguardo: è lo stesso sistema che si usa per
verniciare le automobili …
27
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Qualora qualcuno abbia
qualche dubbio…
... sulla rilevanza e la
dignita’ scientifica di
questo metodo, ecco
il frontespizio di una
tesi fatta ad Harvard
Viene esposto un metodo
per realizzare uno strato di
resina epossidica con 10B
28
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Le camere
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
3 RPC di dimensioni
10x10 cm2
1 senza Gd2O3, usato
come riferimento
2 con una
concentrazione diversa
di miscela olio-Gd2O3
Gas
Alta tensione
Lettura segnale
29
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come continua la storia …
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Le camere sono state portate a
Geel, dove abbiamo usufruito di
GELINA
Geel Electron Linear Accelerator
Un fascio di e- su bersaglio di Uranio
produce, per Bremsstrahlung,  che a
loro volta, producono, per mezzo di
reazioni fotonucleari, neutroni
Energia: da pochi meV a 20 Mev
12 flightpath: da 8 a 200 m
Yield di picco: 4.5x1019 n/s
Yield medio3.4x10x11 n/s
30
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come funziona il sistema
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
eU
C
I
R
P
C
t0 start DAQ
T
D
C
1
T
D
C
2
31
tn stop a TDC multihit
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come funziona il sistema …2
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
t0: tempo di arrivo del bunch di e- sull’Uranio + ritardi
segnale di start di due TDC multihit (0.5 ns/bin)
2 TDC multihit, ciascuno ad 1 canale
RPC
Camera Ionizzazione
DAQ separato per CI ed RPC
CI: due strati di 10B da 0.35 m ciascuno
RPC: in sequenza RPC-GdB, RPC-GdNB, RPC-Olio,
OR(RPC-GdB+RPC-GdNB)
32
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come funziona il sistema …3
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Condizioni di operazione: un burst di e- ogni 10 ms (100 Hz)
Tempo massimo di acquisizione/burst = 10 ms
Tempo massimo tmax tra la prima:  flash
10 ms
e l’ultima particella: n
lento
tmax = 10 ms (100 Hz)
Emin=11.7 meV
2
Emin
33
1 2 1 s
 mv  m 2
2
2 tmin
tmax = 1.25 ms (800 Hz)
Emin=748 meV
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come funziona il sistema …4
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
L’energia dei neutroni si determina facendo riferimento al
tn-to
tempo di volo dei neutroni
(+ tutti i ritardi dovuti a cavi, elettronica, etc.)
burst lunghi 14 ns
34
limite della risoluzione in energia
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Le camere a Geel
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Flightpath=15 m
(CI = 13.5 m)
“Trespolo” in
materiale plastico
(anche gli RPC in
materiale plastico…)
Configurazione
“backward”
RPC
e-
n
e-
35
Gd2O3
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Lo spessore non è importante
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
e- backward
Poiche’ l’intensita’ dei
neutroni, nel Gd, decresce
esponenzialmente, solo il
“primo strato”
“partecipa” alla conversione
Gli e-, all’indietro, hanno lo
stesso spessore da
attraversare
36
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Un po’ di raw data
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Camera Ionizzazione
RPC Gd
Sono eventi di cui si
conosce il
tempo rispetto al t0
Spettri raccolti
contemporaneamente
per RPC e CI
confronto fra i RPC e CI
Due regioni:
• n termici
• risonanze
37
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Un po’ di raw data 2
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Camera Ionizzazione
Spettri nella zona delle
risonanze (pochi eV)
Sono risonanze dovute
alla presenza di filtri sul
fascio: W, Na, Ag, S, Co
RPC Gd
38
Sono sfasati perché:
1. la base di volo è
diversa tra RPC e CI
2. i ritardi sono diversi
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Come si passa dai tempi alle energie
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Si fa riferimento a particelle di energia nota
T.O.F. noto
ritardi del sistema
energie delle altre particelle
Si può fare con il  flash: c’è bisogno di un set-up particolare
(perché in genere si maschera il gamma flash giocando con i ritardi, in maniera che arrivi
prima del t0)
Si può fare facendo riferimento ad una risonanza
39
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
…cioè … calibrazione
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Si toglie e si mette un filtro e si vede quale picco scompare
energia della risonanza
Per le altre energie…
 1


t
2

E 

 Erif
s m


2
Meglio fare riferimento ad una risonanza, perché le condizioni sono più
simili a quelle di operazione nella regione dei termici
Si fa separatamente per CI ed RPC
40
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Cosa si ottiene
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
I due spettri adesso sono
calibrati = energia delle
risonanze coincidenti
Ag
W
Presenza di picchi nello
spettro:
picchi della sezione
d’urto del Gd
Risoluzione in energia
peggiore per l’RPC
41
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Perchè la risoluzione in
energia è peggiore
• Efficienza di conversione Gd è minore per EeV (sezione d’urto
minore): meno eventi, quindi meno statistica
• Fondo misurato circa 6-9 volte maggiore vicino RPC rispetto alla zona
della CI: circa 1-1.5 Sv per la CI, circa 9 Sv RPC (dose di
neutroni). Si tratta di neutroni “fuori tempo” perché non
provengono direttamente dal fascio, ma da altre zone (schermo di
B a valle delle camere, altre zone di scattering, etc.)
• Il trespolo e le camere sono di materiale plastico: ancora
scattering: neutroni fuori tempo
42
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
La regione dei termici
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Efficienza relativa:
 rel
N RPC

N CI
Ad “occhio”  2.5-3
Efficienza di conversione
del 10B: nota
43
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il fondo della misura
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Un limite superiore per il fondo delle nostre camere si può
ottenere:
esaminando i run acquisiti con la camera senza Gd
In questo caso gli eventi nella regione dei termici sono:
1. Rumore della camera
2. Neutroni che convertono in qualche maniera nella
bakelite o nel gas (prob. di conversione 10-3)
3. Neutroni fuori tempo (del fondo)
44
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Il fondo della misura 2
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Altra maniera:
un filtro di Cd opaco per i
neutroni con
Ecin< 0.5 eV
(“cutoff” del Cd)
Vantaggi:
•dati provenienti dalla
stessa camera (anche CI)
•nelle stesse condizioni
Rumore distribuito in
maniera uniforme in tempo
non in energia
45
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Efficienza
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
Tolto in fondo …
Efficienza integrale
 (E) 
E

Emin
N RPC
N CI
Efficienza differenziale
 ( E) 
E  dE

E
46
N RPC
N CI
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Efficienza
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
… Facendo riferimento alla CI
Si ottiene, in assoluto, la migliore efficienza ai neutroni termici per convertitori solidi
47
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
Conclusioni
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
• Abbiamo sviluppato un metodo semplice (adatto per
applicazioni industriali) ma efficace, per fare degli RPC
dei rivelatori di neutroni termici
• Su due rivelatori costruiti, due funzionano …
• Entrambi hanno un’efficienza > 2.5 eff. CI
• In “OR” l’efficienza raggiunta è attorno a 3.5-4 eff. CI
• Sono rivelatori facili da costruire, robusti, leggeri, economici,
etc.
48
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy
XVII Seminario Nazionale di
Fisica Nucleare e
Subnucleare
E questa e’ la fine della storia ...
Otranto, Serra degli Alimini,
20-26 Settembre 2004
49
Marcello Abbrescia - Universitá di Bari, Italy