IRRADIAZIONE CON PARTICELLE DI BASSO
LET
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In questa sperimentazione, l’irradiazione è stata effettuata esponendo il sistema di rivelazione basato sul telescopio al silicio monopixel con radiazione a basso LET (particelle β-) emesse da una sorgente di 137Cs. La catena elettronica impiegata è quella utilizzata nel
Capitolo VI per particelle α (Figura VIII.1) in cui arrivano al digitalizzatore PicoScope 4424 i segnali in uscita dell’amplificatore logaritmico e quello lineare, modulo comerciale Ortec 672. L’impiego di un amplificatore lineare esterno, invece del proprio filtro formatore viene giustificato dal fatto che le particelle a basso LET rilasciano poca energia nello stadio ΔE. Dunque si ha neccessità di amplificare il segnale in uscita dal preamplificatore con un grande guadagno.
Figura VIII.1 Schema della catena elettronica di acquisizione
VIII.2 Analisi del segnale
Come fatto con le particelle α, bisogna prima di lavorare con gli spettri dare un’occhiata ai segnali in uscita degli amplificatori, illustrati in Figura VIII.2
Figura VIII.2 Forma dei segnali in uscita degli amplificatori.
Nel capitolo VI si è stato comprobato come l’amplificatore logaritmico riesce a comprimire l’informazione sul segnale entrate in un minore intervallo di tensione. Quello che potrebbe risultare interessante nel caso delle particelle α, presenta dei problemi con le particelle a basso LET. Data la scarsa energia rilasciata, l’impulso non presenta una grande altezza, e la relazione tra ampiezza dell’impulso e quella del rumore viene dimminuita, sopratutto nel caso di amplificazione logaritmica.
A questo fenomeno viene associato due problematiche, la prima riguarda al fatto di impostazione della soglia di accettazione, dove sarà neccessario una grande precisione per evitare allo stesso tempo non accetare come impulso il rumore elettronico, e rifiutare il minor numero di impulsi perchè non hanno superato la soglia.
L’altra problematica riguarda alla deviazione statistica dell’altezza dell’impulso per effetto del rumore, siccome quanto minore è l’altezza del segnale in uscita dovuta all’impulso in ingresso, maggiore sarà la frazione dovuta alla fluttuazione che caratterizza il rumore. Questo si nota nel peggioramento della risoluzione.
La acquisizione è stata fatta con un valore di soglia del trigger all’uscita dell’amplificatore logaritmico di 750 mV, con pre-trigger pari al 30% dei campioni, il quali sono stati presso con una frequenza data da 10 MS/s. Per quanto riguarda all’amplificatore lineare, si è impostata una soglia di ricerca di 50 mV, con un tempo massimo di coincidenza pari a 8 µs. . I valori delle ampiezze sono state discretizzate su 4000 canali per un range di 2 V, dunque la risoluzione ottenuta è data da 0,5 mV per canale.
VIII.4 Interpretazione degli spettri ottenuti
La misura è stata svolta irragiando il rivelatore con particelle β- procedenti del
decadimento di una sorgente di 137C. L’irradiazione è stata fatta in una sola sessione di circa
14 ore, pressa al Laboratorio di Misure Nucleari del CeSNEF. Nelle Figure VIII.3 e VIII.4 sono illustrati gli spettri ottenuti.
Figura VIII.3 Spettro delle ampiezze del segnale in uscita dell’amplificatore lineare, normalizzato al numero
Figura VIII.4 Spetro delle ampiezze del segnale in uscita dell’amplificatore logaritmico, normalizzato al
numero totale dei picchi registrati.
Si è fatto evidente una delle problematiche associate alla scarsa altezza dell’impulso in uscita dell’amplificatore logaritmico: dei 4000 canali disponibili, associati ad un intervallo di tensione pari a 2 V, più di un terzo si trovano sotto soglia e dunque non hanno registrato nessun impulso. Se confrontiamo i due spettri si vede la perdita di informazione del profilo dell’energia rilasciata nel logaritmo, mentre che nel lineare non è successo questo problema.
Il secondo problema si visualizza meglio con lo scatter plot, illustrato in Figura VIII.5. Osserviamo come per ampiezze elevate la distribuzione delle coppie delle altezze dei due amplificatore sembra eseguire una funzione logaritmica abbastante benne. Ma, in tanto consideriamo le coppie con minori altezze, queste diventano più disperse tra loro, e la funzione logaritmica “si apre”. Si è stato, dunque, visto sperimentalmente l’incremento della deviazione tipica dell’ampiezza del segnale in uscita del logaritmico per effetto del rumore.
Inoltre, l’analisi dello scatter plot evidenzia un altro fenomeno non pronosticato, ma visto negli spettri ottenuti con irradiazione α, la presenza di impulsi in uscita del logaritmo con diverse altezze, non corrispondenti con nessun impulso in uscita del lineare (i punti
sull’asse di ordinate). Anche il risultato sia simile a quello con gli α, studiato nel Capitolo VI, questi impulsi hanno un origine totalmente diverso negli spettri ottenuti con irradiazione β-. In
questo caso gli impulsi sono semplicemente picchi di rumore elettronico, che sono stati riusciti a superare la soglia.
Figura VIII.4 Scatter plot delle ampiezze dei segnali in uscita dell’amplificatore lineare e quello logaritmico.
La linea tratteggiata in azzurro una funzione logaritmica data da f(x) = 1150 · log(x) - 1530
In conclusione, la scelta della soglia ad impostare diventa un compromesso tra la perdita di informazione rispetto a quello che accade per energie basse, e la perdita di risoluzione ed eventuale accettazione di impulsi che però sono dovuti al rumore elettronico.
VIII.5 Elaborazione e confronto degli spettri ottenuti
Per il confronto degli spettri, in scala logaritmica, si deve realizzare le trasformazioni sullo spettro lineare come fatto per l’irradiazione α. Questo viene riassunto nei seguenti passaggi:
1. Eliminazioni degli impulsi falsi, dovuti al rumore, presenti con diverse ampiezze nello spettro logaritmico, e nulla in quello lineare.
2. Rebinning dei canali dello spettro lineare.
Una volta completati questi passaggi, dovviamo caratterizzare la relazione tra le ampiezze dei segnali in uscita dell’amplificatore lineare e quello logaritmico. Siccome questa volta non è stato usato il filtro formatore, non può essere usata la formula ricavata per gli α. Invece, si è presso una funzione logaritmica che sia in grado di garantire una buona assomiglianza con l’andamento dello scatter plot, la funzione scelta è stata (vedi Figura VIII.4):