DPG 2011 dE/dx’ per muoni v≈0.96 c η=βγ ≈ 3.6 Indip dalla massa dE/dx’ ≈ 1.5 MeV δ correction Perdita radiativa NON presente per M(part) > M(muone)

dE/dx [MeV/cm]

In particle therapy of cancer, to concentrate the effect of light ion beams on the tumor being treated while minimizing the effect on the surrounding healthy tissue. The blue curve in the figure shows how the originally monoenergetic proton beam with the sharp peak is widened by increasing the range of energies, so that a larger tumor volume can be treated, by inserting variable thickness attenuators like spinning wedges.particle therapyion beamstumorattenuators BRAGG PEAK NOTARE

En. Critica

Assorbimento Foto-nucleare R.N.G. Diffus. Rayleigh Coerente. (atomo non eccit. non ionizzato) Carbon Piombo SEZ. D’URTO [barn/atom] K edge (inner) L M

11 Identificazione di particelle Tempo di volo (TOF). Necessaria un’ottima risoluzione temporale ( 300ps sono facilmente raggiungibili con dei contatori a scintillazione). Se 2 particelle di massa m 1 ed m 2 hanno lo stesso impulso e percorrono la stessa distanza L la differenza di tempo t 1 -t 2 =  t sarà : Si sono assunte particelle relativistiche ( E~pc ovvero mc 2 <<pc) e si è sviluppato in serie fermandosi al primo ordine. (? Nota mia: Passaggio intermedio OK ?) startstop

12 Identificazione di particelle usando scala logaritmica:  t for L = 1 m di lunghezza di traccia  t = 300 ps  /K separation up to 1 GeV/c (1  ) con L=3m e separazione di 4  separazione  /k fino a 1 GeV/c. (  t = 300 ps)

Rivelatori di Particelle13 Guide di luce Lettura della luce di scintillazione. Normalmente la luce di scintillazione viene letta tramite un fototubo. Bisogna quindi adattare sia geometricamente che spettralmente la luce di scintillazione allo spettro e dimensioni del PM.  Guide di luce: la luce viene trasferita tramite riflessione totale. Gli indici di rifrazione della guida e dello scintillatore sono praticamente uguali.

Rivelatori di Particelle14 Scintillatori organici Rappresentazione schematica del principio di wawe length shifting: (C. Zorn, Instrumentation In High Energy Physics, World Scientific,1992)

Rivelatori di Particelle15 Lezione 17 Fotorivelatori Il Fotomoltiplicatore (Philips Photonic)

Rivelatori di Particelle16 Fotorivelatori Il fotomoltiplicatore (PM) consiste in un catodo di materiale fotosensibile seguito da un sistema di raccolta degli elettroni, una sezione di moltiplicazione degli elettroni (dinodi) ed infine da un anodo dal quale si preleva il segnale elettrico. Tutto il sistema sta in un tubo di vetro sotto vuoto. Quando è in funzione si alimenta con una tensione negativa il catodo (a massa l’anodo) ed i dinodi ad una tensione degradante dal valore catodico a quello dell’anodo, come si può ottenere da un partitore di tensione. Quando un fotone urta il fotocatodo viene emesso un elettrone per effetto fotoelettrico. A causa della d.d.p. applicata viene focalizzato ed accelerato sul primo dinodo e, colpendolo, si ha emissione secondaria di elettroni. I nuovi elettroni vengono accelerati dal campo elettrico sul secondo, terzo … dinodo, producendo un fascio di elettroni diretti verso l’anodo. All’anodo questo sciame di elettroni viene raccolto e fornisce un segnale di corrente che può essere ulteriormente amplificato e analizzato. e-e- photon

Rivelatori di Particelle17 Fotorivelatori Esempi di partitori di tensione.

Rivelatori di Particelle18 Lezione 17 Fotorivelatori

Rivelatori di Particelle19 Lezione 19 Contatori Čerenkov a soglia Principio di funzionamento

Rivelatori di Particelle20 Lezione 19 Contatori RICH Principio di operazione di un RICH A RICH with two radiators to cover a large momentum range.  /K/p separation GeV/c: DELPHI and SLD (W. Adam et al. NIM A 371 (1996) 240) 2 radiators + 1 photodetector C 6 F 14 (1 cm, liquid) C 5 F 12 (40 cm, gas) C 4 F 10 (50 cm, gas) spherical mirror Photodetector TMAE-based DELPHI RICH

Rivelatori di Particelle21 Lezione 19 Contatori RICH  Apparati focalizzanti Il sistema funziona bene solo per piccoli parametri d’impatto x i <<R M e piccoli angoli di Čerenkov. Inoltre apparati piatti sono più facili da costruire. L’ errore sull’angolo di emissione del fotone è ridotto (di molto)  possibile costruire radiatori lunghi (ed avere quindi più fotoni) Lunghezza focale di uno specchio sferico f=R M /2=R D. Raggio cerchio Čerenkov r=f  c =(R M /2)  c =R D  c  