Academic literature on the topic 'Rivelatori di radiazione ionizzante'

Nella presente nota, studiamo (paragr. 1 e 2), quale completamento<br />della teoria della fotoionizzazione in atmosfera non isoterma, considerata<br />in altra nota (M che qui indicheremo con la sigla M, l'effetto<br />della curvatura terrestre sulla intensità di ionizzazione (e quindi sulla<br />densità elettronica) nei due casi in cui il gradiente verticale di temperatura<br />sia costante in tutto l'intervallo di quote considerato (caso<br />questo studiato da Gledhill e Szendrei (2 ) solo in condizioni stazionarie<br />e trascurando l'effetto della curvatura terrestre) e in quello in<br />cui il gradiente ha un valore costante e positivo con la quota fino a<br />una quota c e valore zero per quote superiori. Deduciamo inoltre<br />(paragr. 3) delle espressioni approssimate per la densità elettronica stabilendone<br />i limiti di validità e di applicabilità alla interpretazione dei<br />dati sperimentali; stabiliamo infine (paragr. 4) una relazione di validità<br />generale, nel caso stazionario e per un generico andamento della<br />temperatura con la quota, tra densità elettronica, coefficiente di ricombinazione<br />generalizzato, densità di materia e coefficiente di assorbimento<br />della radiazione monocromatica ionizzante

La grande importanza della ricerca di materiali innovativi da impiegare come detector di raggi X è dovuta al loro utilizzo in svariati campi, dalla ricerca scientifica alla medicina, dove sono richiesti nuovi rivelatori a basso costo e a grande area. Questo spinge la ricerca ad indagare le perovskiti organometalliche che sembrano soddisfare i requisiti necessari per nuovi detector. Esse infatti possiedono un elevato assorbimento delle radiazioni ad alta energia e processabilità in fase liquida. In questa tesi sono state analizzate due perovskiti depositate da soluzione: MAPbI3 e CsMAFAPb(IBr)3. In particolare esse costituiscono lo strato attivo di due diverse tipologie di detector: fotoconduttori e celle solari. Viene dimostrato come tali dispositivi presentino una elevata sensibilità alla radiazione X e come essi possano essere impiegati come rivelatori altamente efficienti a film sottile.

I semiconduttori organici presentano numerose proprietà che li contraddistinguono dalla loro controparte inorganica. Il basso costo e la loro facilità di deposizione li rende ottimi candidati per lo sviluppo di una nuova generazione di rivelatori di radiazione ionizzante flessibile e scalabile su larga area. Altre caratteristiche avvalorano il loro possibile ruolo nei vari campi di applicazione medico, di fisica ad alte energie, sicurezza in aeroporto e installazioni nucleari o spaziali, quali la loro resistenza, leggerezza, flessibilità e la loro equivalenza ai tessuti umani in termini di assorbimento di fotoni ad alta energia. Alla base di questa tesi vi è lo studio e l’analisi di transistors organici a effetto di campo (OFET), con semiconduttore in TIPS e TIPGe -pentacene, come rivelatori di raggi X e la loro resistenza a danni al materiale e alla performance dovuti a esposizione a radiazione prolungata.

Negli ultimi anni, i progressi della ricerca scientifica nell’ambito dell’elettronica organica stanno aprendo la strada verso la realizzazione di rivelatori di radiazioni ionizzanti con proprietà di enorme interesse applicativo: flessibilità, leggerezza, facilità di fabbricazione su ampie aree a basso costo, basso peso molecolare (compatibile col tessuto umano) e basso consumo energetico. Nell’ambito di questa tesi sono analizzate le prestazioni di rivelazione di raggi X di dieci transistor organici a effetto di campo (OFETs) a film sottile aventi come materiale semicondutture una nuova molecola derivata del TIPS-pentacene, appositamente sintetizzata all’Università del Kentacky. Di tali dispositivi vengono sia verificate le proprietà elettriche generali dei transistor a effetto di campo sia valutate le performance come rivelatori di raggi X tramite una caratterizzazione scelta in base alle condizioni più rilevanti e interessanti dal punto di vista applicativo.

Negli ultimi anni i dispositivi optoelettronici basati su perovskiti ibride ad alogenuri organo-metallici, come celle solari e rivelatori di radiazione, hanno destato un crescente interesse per le loro straordinarie performance. Nonostante questo, molte proprietà fondamentali di questi materiali sono ancora sconosciute e il loro studio è la chiave per l’ottimizzazione dei dispositivi finali. Per realizzare questo lavoro di tesi sono state eseguite misure di fotoluminescenza (PL) su cristalli singoli di tribromuro di metilammonio di piombo (MAPbBr3) a seguito di irradiamento con raggi X, con l’obiettivo di comprendere l’effetto della radiazione sulla struttura elettronica del materiale. In particolare, lo studio dei campioni è finalizzato ad analizzare il comportamento degli eccitoni, la principale sorgente di fotoluminescenza in questi materiali. Si è scelto di eseguire misure di PL per confermare l’ipotesi, nata da misure precedenti di assorbimento in funzione dell’irraggiamento effettuate dal gruppo di ricerca, che l’irraggiamento modifichi l’energia di legame eccitonica nel materiale. I dati risultanti dagli spettri di PL hanno fornito informazioni in accordo con tale ipotesi, rivelandosi uno strumento efficace per analizzare e comprendere le proprietà ottiche di questi materiali.

La misura del tempo di volo (TOF) delle particelle cariche da sempre gioca un ruolo importante in fisica nucleare e subnucleare, in particolare per l'identificazione di particelle a lunga vita media; l'affinarsi delle tecniche sperimentali e il conseguente miglioramento della precisione delle misure ha portato nuovo interesse alle misure di TOF. In questa tesi è presentata una misura del tempo di volo dei muoni della radiazione cosmica, eseguita con la strumentazione disponibile in laboratorio. L'accento non è posto sulla ricerca del miglior risultato possibile date le tecniche di rivelazione e l'elettronica disponibili oggigiorno, che avrebbe richiesto l'impiego di rivelatori più performanti, quanto piuttosto sull'analisi delle sistematiche legate alla misura stessa, così che quanto appreso abbia validità generale. Le diverse fasi della misura, che comprendono la scelta dei rivelatori, la loro disposizione, il sistema di raccolta dei dati e la loro analisi, si presentano infatti in qualunque esperimento.

La tesi si svolge nell'ambito dell'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target), che ha come obiettivo principale quello di migliorare la precisione delle tecniche adroterapiche per la cura dei tumori attraverso lo studio del comportamento dei fasci di particelle utilizzati. FOOT è un progetto dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), approvato nel settembre del 2017, a cui partecipa anche la sezione INFN di Bologna e che vanta una collaborazione internazionale con Germania e Giappone. Il secondo, ma non meno importante aspetto dell'esperimento, riguarda lo studio della radioprotezione degli astronauti e delle apparecchiature elettroniche nello spazio al di fuori del campo magnetico terrestre (raggi cosmici). La prima parte della tesi è dedicata alla descrizione dell'interazione tra nuclei del fascio e quella di un ipotetico bersaglio al fine di descrivere tutte le conoscenze raggiunte, ma soprattutto quelle ancora da acquisire, sia nel campo dell'adroterapia che nel campo della radioprotezione. Nella seconda parte della tesi viene descritto il progetto di un supporto orientabile munito di scintillatori da me interamente realizzato, necessario per effettuare misure di tempi di volo che saranno utilizzate per migliorare la capacità dell'esperimento FOOT di identificare i frammenti prodotti. Al momento l'apparato è munito di scintillatori veloci accoppiati a fotomoltiplicatori convenzionali, che hanno permesso di ottenere una misura del tempo di volo di muoni cosmici con una precisione del 12%. Il passo successivo sarà quello di sostituire i fotomoltiplicatori con dei SiPM e gli scintillatori con altri di dimensioni più contenute, al fine di minimizzare le fluttuazioni temporali e ottenere misure più precise. L'attendibilità dei risultati ottenuti sulla misura dei tempi di volo è stata ulteriormente verificata misurando il flusso dei raggi cosmici in funzione dell'angolo di incidenza, che ha mostrato la distribuzione attesa.