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Il microfascio esterno di protoni all'acceleratore di Firenze: set-up e applicazioni Incontri di Fisica delle Alte Energie, IFAE, Pavia, 19-21 Aprile 2006.

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Presentazione sul tema: "Il microfascio esterno di protoni all'acceleratore di Firenze: set-up e applicazioni Incontri di Fisica delle Alte Energie, IFAE, Pavia, 19-21 Aprile 2006."— Transcript della presentazione:

1 Il microfascio esterno di protoni all'acceleratore di Firenze: set-up e applicazioni Incontri di Fisica delle Alte Energie, IFAE, Pavia, Aprile 2006 Lorenzo Giuntini Dipartimento di Fisica dellUniversità e Sezione INFN Firenze, Italy

2 Facility di microfascio...un microscopio elettronico nel quale si usano protoni come proiettili (sonde)...un microscopio elettronico nel quale si usano protoni come proiettili (sonde) in entrambi si determina la composizione del campione in esame per mezzo della radiazione X emessa in entrambi si determina la composizione del campione in esame per mezzo della radiazione X emessa con entrambi si ottengono mappe X-Y di distribuzione degli elementi presenti con entrambi si ottengono mappe X-Y di distribuzione degli elementi presenti

3 Microscopio a protoni –Analisi in tracce (tra ppm e decine di ppm) grazie alle altissime sezioni durto, sino a migliaia di barn –Può lavorare in vuoto e in fascio esterno –Spessore analizzabile di decine di micron

4 Microscopio a protoni con fascio esterno campioni di dimensioni qualunque nessun prelievo latmosfera limita molto il riscaldamento levaporazione la carica del campione risoluzione spaziale molto buona (<10 m) elimina i problemi delle analisi in vuoto:

5 Facility di microfascio esterno di Firenze Sorgente di protoni (decine di A) Sorgente di protoni (decine di A) Acceleratore di particelle (MeV) Acceleratore di particelle (MeV) Sistemi di trasporto del fascio sino al canale di microfascio Sistemi di trasporto del fascio sino al canale di microfascio Pre-requisiti:

6 acceleratore Tandem del laboratorio Labec di Firenze

7 1 - sorgente e trasporto a bassa energia

8 2 – accelerazione Argon stripper

9 3 - trasporto del fascio al canale di microfascio

10 sala dellacceleratore (sorgenti)

11 acceleratore Tandem (moltiplicatore tensione)

12 Facility di microfascio esterno di Firenze Ottica di focheggiamento forte QD (distante dalle OS) Ottica di focheggiamento forte QD (distante dalle OS) Object slits OS per regolare le dimensioni del fascio in ingresso Object slits OS per regolare le dimensioni del fascio in ingresso Estrazione del fascio in esterno (fuori dal vuoto) Estrazione del fascio in esterno (fuori dal vuoto) Scansione Scansione 10 m di fascio esterno su bersaglio; cosa serve?

13 linea di microfascio OS QD

14 Bobine scansione Quadrupole Doublet QD la lente

15 finestre Si 3 N nm thick x 0.5 mm 2 wide x 1.0 mm 2 wide finestra montata su nasino di uscita del fascio 0.5 mm microfascio esterno : finestre

16 Microfascio esterno I percorso esterno il più corto possibile, 2 mm nel nostro set-up in elio 2 mm bersaglio fascio

17 Microfascio esterno II atmosfera di He tra bersaglio e finestra di uscita del fascio

18 Demagnification factors (D x,; D y )8; 45 Object slit aperture ( m) 60 × 300 Collimation slit aperture (mm)2 × 2 FWHM ( m) (vacuum) 7.5 × 7 FWHM ( m) (helium) 9 × 8 FWHM ( m) (air) 15 × 15 Cosa abbiamo ottenuto:

19 8. Rivelazione 9. Visualizzazione 10. Acquisizione (riorganizzazione dati) Per finire:

20 2 rivelatori X per PIXE rivelatore particelle per BS rivelatore X per misura corrente rivelatore per PIGE allo studio rivelatore particelle in avanti il set-up di rivelazione

21 set-up di rivelazione: close-up

22 Min. Max. Cu Si energia E del raggio X rivelato per ogni segnale dal rivelatore si acquisiscono : posizione (x, y) del fascio 500 m

23 scopo della misura: rivelare contaminanti nelle piste degli adattatori di passo di CMS Lato fan-in Lato fan-out –strato di pochi mm di Al su sottile strato di Cr (~100 nm) –allargamento (pad) alle estremità delle piste per le saldature scansione integrata: 4 scansioni magnetiche di 360x360 m 2 su entrambi i lati delladattatore, sovrapposte di 60 m le une alle altre microelettronica

24 mappa del rame 660 m Cu Immagine ottica LATO FAN-OUT BIG Come si vede... La contaminazione Cu il rame viene dalle piste

25 Analisi di disegni a punta metallica su carte preparate Vari tipi di stilo metallico per scrivere su carta ( Köln, museo diocesano)

26 Stilo dargento (Hannover, Landesmuseum) S. Luca che ritrae la Vergine (dettaglio) Boston, Museum of Fine Arts Rogier Van der Weyden

27 STUDIO DI CAVALIERE Uffizi, Gabinetto Disegni e Stampe Punta metallica, carta preparata a bianco di piombo e terra verde PROFILO DI DONNA Parigi, Louvre Punta metallica su carta preparata Paolo Uccello Pisanello

28 STUDIO DI DRAPPEGGIO Roma, Istituto Nazionale per la Grafica punta metallica + bianco di piombo su carta preparata Leonardo da Vinci

29 Analisi di disegni a punta metallica Problema: non uniformità (su scala << 1 mm) del segno lasciato dalla punta metallica, in presenza di una carta la cui preparazione colorata può contenere composti dello stesso metallo 1 mm Analisi per scopi conservativi: sono opere molto delicate e preziose, fino ad ora studiate poco e solo dal punto di vista storico artistico Necessità di tecnica di imaging, con risoluzione delle decine dei micron e assolutamente non distruttiva

30 Test su campioni preparati in laboratorio Carta preparata con cinabro (HgS) e bianco di piombo Mappa Pb Stilo di Pb 2 mm

31 Analisi di inchiostri metallo-gallici (I) Mappa Cu Mappa Fe 1 mm 1 cm

32 Analisi di inchiostri metallo-gallici (II) Fotografia Fotografia con retroilluminazione Mappa Cu (ottenuta con protoni da 3 MeV)

33 Analisi di inchiostri metallo-gallici (III) Fotografia Fotografia con retroilluminazione Mappa Fe

34 Conclusioni Il microfascio di Firenze è uno strumento sensibile, potente e flessibile Consente di avere una sonda di dimensione variabile da pochi micron a qualche decimo di millimetro Permette di fare analisi puntuali e mappature sino a 2.5 x 2.5 cm 2 Lanalisi può essere eseguita in list mode, il che permette il re- playing della misura in qualunque modo si voglia Il set-up esterno consente analisi veloci e non distruttive (nonostante si concentri la potenza del fascio, dellordine dei mW, su aree diecimila volte più piccole dellusuale)


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