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19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso1 Rivelazione di luce di scintillazione dellargon liquido Francesca DAlfonso Tesi di laurea in Fisica Dipartimento di.

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1 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso1 Rivelazione di luce di scintillazione dellargon liquido Francesca DAlfonso Tesi di laurea in Fisica Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica Università degli Studi di Pavia 19 Dicembre 2003

2 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso2 Lesperimento ICARUS Obbiettivi: rivelazione di eventuali canali di decadimento del protone studio delle oscillazioni di neutrino Rivelatore: Camera a proiezione temporale (TPC) ad argon liquido (LAr) Dimensioni: 3.6 x 3.9 x 19.9 m³

3 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso3 La luce di scintillazione del LAr Allinterno dellesperimento ICARUS la luce di scintillazione del LAr viene utilizzata: per stabilire con precisione listante in cui un evento è avvenuto nel rivelatore (t 0 ); come trigger per eventi contenuti nelle TPC. Caratteristiche: Temperatura di evaporazione dellargon: 87 K; Lunghezza donda di picco della luce di scintillazione: 128 nm; Quantità di luce emessa: 1 fotone per 25 eV di energia rilasciata nel mezzo.

4 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso4 Rivelazione della luce di scintillazione del LAr in ICARUS Bassa produzione di luce di scintillazione Fotorivelatori con elevato guadagno Grandi dimensioni del rivelatore Fotorivelatori con ampia superficie sensibile (per ridurre il numero di canali di rivelazione necessari) FOTOMOLTIPLICATORI (PMT)

5 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso5 Caratteristiche dei PMT Il funzionamento dei fotomoltiplicatori è garantito: Nell intervallo di lunghezze donda stabilito dalle curve di sensibilità spettrale (parametro che dipende dal materiale che costituisce la finestra dentrata) Nell intervallo di temperature compreso tra -40°C e +60 ° C Necessità di misurare le prestazioni: alla lunghezza donda di 128nm alla temperatura di 87K

6 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso6 I Wavelength shifter (WLS) Particolari sostanze con spettro di assorbimento nel lontano ultravioletto e di emissione nel visibile. Quelli adatti agli scopi di ICARUS sono: il Sodium Salicylate il P-Terphenil il Tretraphenil-Butadiene (TPB) Lunghezza donda (nm) Energia (eV) Efficienza di conversione (u.a.) Sodium Salicylate TPh TPB No perché deperibile nel tempo No perché emissione a 350nm Si per picco di riemissione ed efficienza di conversione

7 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso7 Progetto del sistema calibrato che lavora nel VUV

8 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso8 Efficienza quantica globale a 128nm con la deposizione di TPB PMT ETL Bialcalino Vetro liscio PMT ETL Bialcalino Vetro sabbiato Deposizione tramite aerografo con una soluzione di 5g di TPB per litro di toluene

9 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso9 Efficienza quantica globale in funzione dellangolo di incidenza della luce PMT ETL Bialcalino Vetro liscio PMT ETL Bialcalino Vetro sabbiato

10 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso10 Misure di uniformità per PMT da 200 mm di diametro Risultati: 1. Il picco di Q.E. è in corrispondenza del vertice della finestra 2. Il valore di picco è di circa 11% 3. Non uniformità PMT ELT 9357 FLA con finestra Emisferica sabbiata

11 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso11 Effetti della temperatura sulle caratteristiche dei PMT Effetti della temperatura criogenica sul fotocatodo: Aumento della resistività catodica con conseguente impossibilità di ripristino delle cariche e quindi tempo morto (effetto non trascurabile per i fotocatodi bialcalini) Modifica dellefficienza quantica al variare della lunghezza donda Effetti della temperatura criogenica sulla catena dinodica: Variazione del guadagno e dei conteggi di buio

12 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso12 PMT utilizzati per le misure Gli effetti della temperatura sui fotocatodi sono stato misurati su tre diversi PMT: un bialcalino fornito dalla ditta Hamamatsu con una griglia di alluminio e un deposito di materiale conduttore dietro la finestra di raccolta un bialcalino fornito dalla ditta ETL con un deposito di platino dietro la finestra di raccolta un multialcalino fornito dalla ditta ETL

13 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso13 PMT bialcalino Hamamatsu Griglia di alluminio a raggiera

14 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso14 Progetto del sistema di misura che lavora a temperatura dellazoto liquido

15 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso15 Misure di resistività PMT ETL Bialcalino PMT Bialcalino Hamamatsu PMT ETL Multialcalino

16 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso16 Multialcalini e bialcalini PMT ETL Bialcalino PMT ETL Multialcalino

17 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso17 Efficienza quantica in funzione della lunghezza donda PMT ETL Bialcalino a 77 K PMT ETL Multialcalino a 300 K PMT ETL Bialcalino a 300 K PMT ETL Multialcalino a 77 K

18 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso18 Spettro di riemissione del TPB Spettro di riemissione Del TPB Spettro di emissione del LED piccato a 430nm

19 19 Dicembre 2003Francesca D'Alfonso19 Conclusioni Per la rivelazione di luce alla lunghezza donda di 128 nm sono state utilizzate finestre in vetro borosilicato con una deposizione di TPB. Le misure effettuate hanno permesso di: Le misure effettuate a temperature criogeniche hanno permesso di: Quantificare la corretta deposizione di TPB Misurare lefficienza quantica globale (TPB+ fotomoltiplicatore) dei rivelatori Stabilire la resistenza dei PMT agli shock termici Scegliere il fotocatodo più adatto alle finalità di ICARUS Misurare gli effetti della temperatura criogenica sulle variazioni dellefficienza quantica in funzione della lunghezza donda


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