Studenti:
De Giglio F.- L. C. James Joyce
Masini A. – L. C. James Joyce
Putorti M. - L. C. James Joyce
Camosi L. - L.S.S. Primo Levi
Tutors:
Pollastri S.- L.S.S. Primo Levi
Catitti M.
Cascelli C.- L.C. Virgilio
Sirghi F.
Ursino V .-
Sirghi D.
L.C. Virgilio
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• I Raggi X: cosa sono, come vengono prodotti, dove
vengono impiegati
• I Rivelatori al silicio: principio di funzionamento
• DEAR & SIDDHARTA: esperimenti di fisica
• Esperienze di laboratorio:
- studio della legge di Ohm
- studio di un amplificatore
- studio di un ADC
• Analisi DATI: teoria e analisi
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I raggi x sono onde elettromagnatiche apparteneti ad
una banda dell’intero spettro elettromagnetico
λ =c/ν
100eV<E<1000Kev
c – velocità della luce (m/s)
λ -Lunghezza d’onda (m)
ν - Frequenza (Hz)
E - energia in eV
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I Raggi X vengono prodotti da sorgenti radioattive o da particolari dispositivi
chiamati tubi di raggi X
Gli elettroni prodotti dal filamento nel tubo vanno a colpire un bersaglio di
materiale pesante e per un fenomeno fisico complesso vengono emesse
radiazioni nella banda dei raggi X
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studi sul patrimonio culturale: grazie al fenomeno della fluorescenza ogni
materiale colpito da raggi x emette energia tipica del materiale di cui è composto,
quindi analizzando lo spettro possiamo strudiare gli elemeti che compongono
campione.
Applicazioni mediche: per la diagnostica
Nell’industria metallurgica
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I rivelatori al silicio sono strumenti elettro-meccanici che sono in grado
di rivelare e misurare I raggi X
I raggi x sono o.e.m. ionizzanti creano all’interno del rivelatore coppie
elettroni-lacune (es. nel Silicio)
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Il silicio usato per costruire I nostri rivelatori non è quello presente in
natura ma viene modificato con un processo che si chiama “drogaggio”
che può essere di tipo P e di tipo N.
Il SILICIO drogato con Fosforo e
chiamato di TIPO N (Negative)
Il SILICIO drogato con Boro e
chiamato di TIPO P (positive)
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Se uniamo un cristallo di silicio N e uno P otteniamo una giunzione P-N
che rappresenta il nostro rivelatore
Ogni qual volta una particella con una certa energia passa attraverso un
rivelatore si creano coppie elettrone – lacuna , nei rivelatori al silicio ci
vogliono 3,6 eV per formare una coppia elettrone - lacuna
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KDafne Exotic Atoms Research
L’esperimento DEAR studia gli atomi
esotici prodotti in DAFNE dai kaoni
negativi risultati dal decadimento delle 
prodotte nelle collissione elettrone e
positrone
e-

e+
K+
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L’atomo esotico ha al posto dell’elettrone una particella che si chiama
Kaone
Idrogeno Kaonico
Il Kaone negativo viene catturato in
uno stato eccitato; in seguito avviene
la diseccitazione. A noi interessa la
transizione dal livello 2p al 1s con
l’emissione di un raggio X con
energia pari a 6.2 KeV.
Idrogeno
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In DEAR per misurare questi raggi X sono stati usati rivelatori CCD
(Charge Coupled Device)
Le CCD sono dispositivi allo stato solido a trasferimento di carica,
immagazzinano informazioni sotto forma di carica elettrica, ma hanno
tempi di lettura relativamente elevati, quindi molto sensibili al rumore
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Il fondo (background) rende difficile fare misure
molto precise dei livelli di energia
Lettura lenta
aumenta il fondo
Sincrono
Asincrono
Un buon rapporto tra segnale e fondo da al nostro
rilevatore anche una buona
Risoluzione.
Il TRIGGER limita il tempo di acquisizione
ad una finestra temporale prefissata
diminuendo il livello del fondo ma non può
essere applicato alle CCD (che sono troppo
lente).
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Silicon Drift Detector for Hadronic Atom Research by Timing Application
Per usare il trigger vengono ultilizzati nell’esperimento siddharta altri
rivelatori con stessa risoluzione in energia ma con tempi di lettura molto
più rapidi: le SDD (Silicon Drift Detector)
CCD DEAR
SDD SIDDHARTA
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Gli elettroni che si creano al passaggio
dei raggi X vengono raccolti verso
l’anodo, la capacità delle SDD è
indipendente dall’area attiva abbiamo
migliori prestazioni.
C=εo εrS/d
Capacità
-Vcc
p+
n
anodo
p+
n+
anodo
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Nella prima esperienza di laboratorio abbiamo studiato la legge di
Ohm mediante il metodo volt-amperometrico
V(Volt) = R(Ohm) x I (Ampere)
Y = A*X+B (B = 0) ; V = R*I
I = (1/R) *V
R = 1/A
X V , Y  I
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Abbiamo progettato, simulato con Pspice e testato un l’amplificatore
operazionale modello OP27 in configurazione non invertente con
guadagno in tensione A=2
R1 = 1.2 K
R2 = 1.2 K
A = 1 + (1.2/1.2)  A = 2
 Vu = 2* Vi
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Abbiamo verificato in entrambi i casi che il quadagno calcolato A=2 era
esatto sia nelle simulazioni che nelle misure sul circuto costruito dove la
Vout è il doppio dell Vin
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I segnali che nascono dalla maggior parte dei fenomeni fisici sono tipicamente
variabili con continuità sia nel tempo che nelle ampiezze. Affinché questi
segnali possano essere elaborati dai sistemi digitali risultano necessarie
opportune operazioni di conversione.
Tali trasformazioni vengono effettuate dal : convertitore analogico/digitale
(Analog to Digital Converter, ADC) e il convertitore digitale/analogico (Digital to
Analog Converter, DAC).
I vantaggi nella rappresentazione digitale sono:minore sensibilità al
rumore,facilità di trasmissione, alta capacità di elaborazione
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Per completare lo studio dei principali dispositivi contenuti
nell’esperimento abbiamo studiato montato e testato un converitiore
analogico digitale A/D
Funzione continua
Funzione discreta
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Per passare da un segnale analogico, variabile con continuità nel tempo e
nelle ampiezze, alla sua forma digitalizzata, si rendono necessarie due
operazioni fondamentali: il campionamento (A) e la quantizzazione
La quantizzazione delle ampiezze è ottenuta suddividendo il campo
dei valori possibili FSR in intervalli elementari o di quantizzazione
di ampiezza q.
FSR = Vmax - V min
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Per rappresentare i livelli discreti che scaturiscono dalla quantizzazione
si impiegano parole di codice ottenute tramite opportuna codifica.
L’obbiettivo è quello di stabilire una corrispondenza biunivoca fra i
livelli di quantizzazione e le parole di codice nel nostro caso il codice
binario.
Codice binario
È il linguaggio utilizzato
dalle macchine
elettroniche: Computers, ipod,etc
Una serie binaria è costituita da una successione finita di “0” e “1”
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In particolare noi abbiamo studiato e testato il convertitore AD 0804 a 8
bit, utilizzando come segnale analogico un valore variabile in tensione
da 0V a 5V ed effettuando la lettura dei bit tramite diodi LED
- diodo acceso “1” logico
- diodo spento “o” logico
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Con l’analisi dati si studiano le informazioni acquisite tramite il rivelatore.
Questo studio consiste nell’osservazione dello spettro energetico
Dati dal rivelatore
spettro
Rappresenta graficamente la distribuzione del numero di particelle che
formano la radiazione in funzione della loro energia
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Il rivelatore fornisce il numero di eventi in relazione ai canali, per determinare
il valore energetico del canale dobbiamo effettuare una calibrazione.
Utilizzando il programma Origin 5.0 abbiamo effettuato un “fitting” dei dati a
disposizione ottenendo una distribuzione di Gauss che caratterizza la forma
di un picco.
eventi
B
Mn K
25000
eventi
Data: Data1_eventi
Model: Gauss
Equation: y=y0 + (A/(w*sqrt(PI/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)^2)
Weighting:
y
No weighting
25000
Chi^2/DoF
= 91725.87029
R^2
= 0.99862
y0
xc
w
A
244.73514
1156.57522
24.08245
681094.40052
15000
20000
±59.95515
±0.04947
±0.13338
±4526.16831
Eventi
Eventi
20000
15000
10000
10000
5000
5000
0
1100
0
1120
1140
1160
Canale
1180
1200
0
500
1000
1500
2000
Canali
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La forma del picco può essere caratterizzata da una distribuzione di Gauss.

= valore medio (la posizione del picco)

= deviazione standard

= larghezza a meta altezza (fullwidth at half maximum:FWHM)
1 x  2
)

 (
1
Pg ( x; ,  ) 
e 2
 2
  2.354  
risoluzione del rivelatore
E MnK
Canale

5895.07(eV )
 17.36eV
339.5
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