MI-PD MICRO-SI MICRO-SI: SVILUPPO DI UN MICRODOSIMETRO AL SILICIO PORTATILE Responsabile Nazionale: Stefano Giulini Castiglioni Agosteo, Dipartimento di Ingegneria Nucleare, Politecnico di Milano e INFN, Sezione di Milano. Partecipanti INFN-MI Stefano Giulini Castiglioni Agosteo (PO, 50%), Armando Foglio Para (PA, 30%), Marco Caresana, (RU, 30%), Andrea Pola (RU, 50%) Alberto Fazzi (PA, 50%),  Vincenzo Varoli (PA,50%); INFN-PD Flavio Dal Corso (Tecn. INFN, 40%) responsabile locale Franco Gonella (Tecn. INFN, 20%) Matteo Pegoraro (Dir.Tecn., 20%) Pierluigi Zotto (PA, 30%)

Scopo dell’esperimento MICRO-SI Lo scopo dell’esperimento è la realizzazione di un microdosimetro al silicio portatile, che permetta di effettuare la caratterizzazione di campi di radiazione nelle missioni spaziali, nella radioterapia e nella ricerca. Rivelatore n+ (As) n+ (P) p+ (B) deep imp ~2 mm 500 mm DE stage E stage Thin diode ST Microelectronics technology Charge collection Sensitive volume Il microdosimetro è stato sviluppato dopo vari studi: SID (con cui il gruppo di Padova ha collaborato nel 2001-2002), SISP (con una breve collaborazione nel 2003) e FAR14 (in ambito MIUR).

The 1 mm2 detector ΔE stage E stage Front view IΔE = 40 pA IE = 60 pA CE = 2 pF CΔE = 170 pF Front view E stage

Impegni di Padova Risposta dei rivelatori micrometrici ad adroni carichi Costruzione di una camera di irraggiamento sotto vuoto (2008) Adattamento elettronica di lettura correnti (riutilizzata dal Radiation Monitor di ZEUS - Padova) e messa a punto della camera di irraggiamento (2009-10) Misure al Van De Graaff CN del LNL (2010-11) Le misure di risposta dei rivelatori all’irraggiamento sono state completate entro la primavera del 2011 Disegno dell’elettronica di read-out integrato del Microdosimetro Studio di fattibilità di amplificatore integrato (2008). Produzione prototipo a componenti discreti e definizione specifiche per versione ASIC (2009-10) Produzione I prototipo in tecnologia CMOS 0.35µ AMS con un run MPW EuroPractice (fine 2010). Prototipo prodotto e testato al banco (Q1 2011) Produzione secondo prototipo ASIC a fine 2011 e test nel 2012. Ingegnerizzazione entro 2012. Ritardi dovuti a fermo macchine del CN e disguido burocratico nell’assegnazione fondi 2011

Risposta dei rivelatori micrometrici ad adroni carichi La camera di irraggiamento sotto vuoto è stata costruita nel 2008. I pochi test eseguiti nel 2009 (a causa fermo del CN e problemi al nostro sistema di acquisizione) sono serviti alla messa a punto della camera. Le misure di irraggiamento sono state eseguite dal maggio 2010 a marzo 2011 Crociera di allineamento C3 C2 C1 C4 Crociera di allineamento Rivelatore

1.1 Misure alla camera di irraggiamento Misure di tolleranza all’irraggiamento. Le misure di tolleranza all’irraggiamento sono state completate entro marzo 2011 Sono stati irraggiati 4 rivelatori: Comportamento delle correnti di leakage dei due stadi in funzione della dose

1.1 Misure alla camera di irraggiamento Caratteristica IV dello stadio E a diverse dosi di irraggiamento

1.1 Misure alla camera di irraggiamento Caratteristica IV dello stadio ΔE a diverse dosi di irraggiamento

1.1 Misure alla camera di irraggiamento Confronto tra diversi rivelatori del danno da radiazione sullo stadio E

2. L’amplificatore integrato. La sottomissione del primo prototipo dell’ASIC di frontend è stata fatta il 30 agosto 2010, in tecnologia CMOS 0.35µ AMS con un run MPW EuroPractice. Struttura a blocchi dell’amplificatore integrato di read-out del microdosimetro

2.1. Test sul prototipo di amplificatore integrato. Prestazioni al rumore del prototipo. Le prestazioni di rumore serie (2.2 e/pF) sono quasi al valore di proposta (2 e/pF), mentre il rumore parallelo è nettamente peggiore (350 e contro 100 e)

2.1. Test sul prototipo di amplificatore integrato. Range dinamico del prototipo. Con errore entro l’1% l’amplificatore rileva protoni fino a 6 MeV e alpha fino a 4 MeV

3. Richiesta di prolungamento per il 2012. Motivazioni. Il CN ha subito un arresto da marzo a giugno 2011 che ha impedito il test dell’amplificatore connesso al rivelatore All’inizio dell’anno ci sono stati problemi di assegnazione dei fondi, risolti solo a giugno 2011. Di conseguenza è stata persa la scadenza del 1 luglio per la sottomissione ad EuroPractice della II versione del prototipo. La prossima occasione per una nuova sottomissione è a novembre 2011, e i chip saranno consegnati a febbraio-marzo 2012. Proposta Test al banco e su fascio dell’amplificatore nel I semestre 2012 Produzione scheda con elettronica accessoria di read-out (ADC, memoria, alimentazione rivelatori, interfaccia USB) nel II semestre 2012.

Richieste finanziarie 2011 Materiale inventariabile Consumo 1 schede di test: 2 K€ 1 schede completa di read-out: 7 K€ 9.0 Trasferte interne 1.0 Totali 10.0 Richieste ai servizi 2011 OE: sviluppo schede e software acquisizione (Labview) 6 mu