- Rivelatori di Radiazioni
- Introduzione
Syllabus del corso
Obiettivi
Il corso vuole fornire una panoramica sulle tecniche di rivelazione per particelle cariche, neutroni e fotoni di bassa energia (fino a 20 MeV circa) in uso in diversi campi della fisica sperimentale ed applicata.
Contenuti sintetici
Richiami di interazione radiazione–materia, radioattività e principi
base di funzionamento dei rivelatori a gas, a semiconduttore e degli
scintillatori. Proprietà generali dei rivelatori di radiazione ionizzante.
Interazione dei neutroni con la materia e loro rivelazione. Spettroscopia alfa,
beta e gamma. Processamento e formatura del segnale. Problemi di fondo e
schermatura dei rivelatori
Programma esteso
Richiami sull’ interazione della radiazione con la materia e sulle sorgenti radioattive
Statistica di conteggio e propagazione degli errori. Ottimizzazione di conteggio, limiti di rivelabilità e statistica degli intervalli di tempo.
Proprietà generali dei rivelatori di radiazione ionizzante: spettri, curve di conteggio e plateau; efficienza; risoluzione energetica, spaziale e temporale; tempo morto.
Rivelatori a gas: camere a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori Geiger.
Rivelatori a scintillazione: sistema generale di rivelazione con scintillatori; proprietà generali degli scintillatori; scintillatori inorganici; scintillatori organici; scintillatori plastici. Fotodiodi e fotocelle, fotomoltiplicatori.
Considerazioni generali per la spettroscopia con scintillatori. Funzioni di risposta.
Rivelatori a semiconduttore: germani, silici, altri rivelatori a stato solido
Bolometri
Interazione dei neutroni con la materia e loro rivelazione.
Processamento e formatura del segnale: Impedenze. Cavi coassiali. Formatura.
Strumentazione di elettronica nucleare: unità di base per studio della forma del segnale, conteggio, studi temporali. Analisi degli spettri con MCA
Problemi di fondo e schermatura dei rivelatori
Prerequisiti
I contenuti dei corsi di Fisica della Laurea, con particolare riguardo all’ elettromagnetismo nel vuoto e nei materiali, la relatività speciale, la struttura della materia ed elementi di fisica nucleare.
Modalità didattica
Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno da remoto, con lezioni video-registrate asincrone e sporadici eventi in videoconferenza sincrona, calendarizzati secondo le necessita' didattiche che riscontreremo insieme.
Non appena il periodo di emergenza Covid-19 sarà rientrato si cercherà di tornare alla fruizione regolare con lezioni frontali in aula.
Purtroppo quest' anno non sarà possibile avere accesso al laboratorio e pertanto i 2 CFU corrispondenti saranno erogati sotto forma di esercitazioni.
Materiale didattico
G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 4th ed., Wiley & Sons
Le dispense (lucidi) del corso sono a disposizione degli studenti sulla pagina internet del docente:
http://fisica.mib.infn.it/pages/it/chi-siamo/persone/who.php?user=cbroff
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale a domande aperte.Si parte sempre da domande di ampio respiro per poi entrare nei dettagli di quanto appreso. Viene sondata la capacità di correlare fra loro le nozioni apprese nell' ambito dei vari argomenti trattati durante il corso, mostrando padronanza della materia.
Durata tipica attorno all' ora
Nel periodo di emergenza Covid-19 gli esami orali saranno solo telematici. Verranno svolti utilizzando la piattaforma WebEx e nella pagina e-learning dell'insegnamento verrà riportato un link pubblico per l'accesso all'esame di possibili spettatori virtuali.
Orario di ricevimento
Aims
The course is aimed at a review on the photon and particle detection techniques, up to energies around 20 MeV, in use in radiation measurements in different fields of experimental physics and applied physics.
Contents
Recalls on radiation-matter interactions, radioactivity, basic principles of gas and semiconductor detectors as well as scintillators. General properties of ionizing radiation detectors. Neutron interactions with matter and their detection. Alpha, beta and gamma spectroscopy. Signal shaping and processing. Background problems and detector shieldings
Detailed program
Brief recall of radiation interaction with matter and of radiation sources.
Counting statistics and error propagation. Optimization of counting experiments, limits of detectability and distribution of time intervals.
General properties of radiation detectors: spectra, counting curves and plateau; efficiency; energy, time and position resolution; dead time.
Gas detectors: ionization chambers, proportional counters, Geiger counters.
Scintillators: general approach of detection with scintillators, general characteristics of inorganic, organic, plastic scintillators. Photodiodes and photocells, photomultipliers.
General considerations on radiation spectroscopy with scintillators. Response functions.
Semiconductor detectors: Ge, Si and other solid state detectors.
Bolometers.
Neutron interaction with matter and their detection.
Signal shaping and processing: device impedances, coaxial cables, shaping
Nuclear electronic devices: basic units for signal shape processing, counting, timing studies.
Multichannel pulse analysis.
Background problems and detector shielding
Prerequisites
All the Physics topics encountered during the Undergraduate Physics Classes, in particular Electromagnetism, in vacuum and in material, Special Relativity, Structure of Matter and the Introduction to Nuclear Physics.
Teaching form
During the Covid-19 emergency period, lessons are held remotely, with asynchronous recording and sporadic synchronous videoconferencing events, scheduled according to the didactic needs that we will find together.
As soon as the Covid-19 emergency period will finish, an attempt will be made to return to the regular scheme with classroom lectures.Unfortunately, this year we will not have access to the lab for the practice exercises and therefore the 2 CFU ascribed to these activities will be provided in the form of written exercises.
Textbook and teaching resource
G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 4th ed., Wiley & Sons
Slides of the lessons are available online:
http://fisica.mib.infn.it/pages/it/chi-siamo/persone/who.php?user=cbroff
Semester
First semester
Assessment method
Oral
examination using open questions.
Starting from a very general and broad question the student is required to answer in a complete way with a clear and well organized exposition. During the speech, details will be asked. The ability to correlate the different notions acquired during the course will be checked, to control the level of mastery of the subject achieved.
The colloquium lasts typically 1 hour
During the Covid-19 emergency period, oral exams will only be online. They will be carried out using the WebEx platform and on the e-learning page of the course there will be a public link for access to the examination of possible virtual audience.
Office hours
The rendez-vous must be agreed in advance with a phone call or by email