Course Syllabus
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
Lezione frontale (4 CFU) ed esercitazioni in laboratorio con strumentazione di elettronica nucleare (2 CFU)
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 e-learning del corso.
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
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
Classroom-taught Lessons (4 CFU) and lab practicing with nuclear electronics instrumentation (2 CFU)
Textbook and teaching resource
G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 4th ed., Wiley & Sons
Slides of the lessons are available online.
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
Office hours
The rendez-vous must be agreed in advance with a phone call or by email
Staff
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Matteo Biassoni
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Chiara Brofferio