TRACCIATORI DI MUONI COSMICI PER MONITORARE IL VULCANO E LA STABILITÀ DI EDIFICI

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1 TRACCIATORI DI MUONI COSMICI PER MONITORARE IL VULCANO E LA STABILITÀ DI EDIFICI Domenico Lo Presti 1

2 Chi? Perchè? Come? Dove? Quando? Con chi? PO FESR OT1 RICERCA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE 3DLAB Sicilia DATA Highway 1.1. Incremento dell attività di innovazione delle imprese Sostegno alla valorizzazione economica dell innovazione attraverso la sperimentazione e l adozione di soluzioni innovative nei processi, nei prodotti e nelle formule organizzative, nonché attraverso il finanziamento dell industrializzazione dei risultati della ricerca. Gruppo di ricercatori (fisici ed ingegneri). Scienza e Tecnologia al servizio di: Controllo del territorio Salvaguardia di beni culturali Raggi cosmici, radiazione naturale, come sorgente Sicilia, Catania, Dipartimento di Fisica ed Astronomia Oggi, anni di esperienza e di ricerca e sviluppo Aziende siciliane interessate a sviluppare un prodotto a partire da uno strumento scientifico Inserire Logo Partner qui 2

3 Sistema per monitoraggio e controllo di qualità di fasci per adroterapia protoni Tecnica del Residual range Tracciamento + DE Monitoraggio fascio e Imaging Fibre ottiche scintillanti; Acquisizione ed elaborazione On-Line Controllo di qualità, dosimetria e monitoraggio di fasci di particelle per adroterapia Imaging Ricerca di materiale fissile di contrabbando mediante tomografia con muoni Tomografia mediante tracciamento di muoni cosmici Progetto PON Muon Portal Project Simulazioni Monte Carlo Full Scale Design Barre Scintillanti +WLS Fotosensori SiPM Elettronica Readout e DAQ Ricostruzione Immagini Allarme Progetto completato Ricerca di partners interessati all applicazione e al trasferimento tecnologico del portale nei siti di transito dei container 15 mm 15 m m 10 mm 5 mm Resp. Prof. F. Riggi NUMEN KM3NET AUGER PRIME Sviluppo di sensori ed elettronica, piattaforme di integrazione, test e caratterizzazione di massa in grandi apparati sperimentali per ricerca di base 3

4 TRACCIAMENTO MUONI: Simulazione e Progettazione Scintillatori (Barre e fibre ottiche) Sensori di luce (PMT e SIPM) Elettronica: Front-end Read-Out DAQ Alimentazione e Riferimenti tensione Posizionamento e sensoristica Software e Firmware: Acquisizione dati House-keeping Configurazione Comunicazione Sincronizzazione Analisi Visualizzazione Memorizzazione Meccanica: Accoppiamento Ottico, Oscuramento Sostegno e Allineamento Robustezza e Trasportabilità Isolamento da umidità e luce esterna Pannelli fotovoltaici Batterie Regolatore carica Test e caratterizzazione Calibrazione Controllo qualità e affidabilità 4

5 Tracciatori di muoni cosmici per monitorare il vulcano Radiografia di strutture sommitali di vulcani al fine di ottenere la distribuzione di densità 3D ad alta risoluzione della struttura interna. Monitoraggio continuo e possibilità di allarme in tempo reale. Realizzazione di una rete di telescopi attorno al cratere e di inter-comunicazione con strumentazione standard. Energia minima del muone necessaria per attraversare un determinato spessore di roccia. Raggi cosmici Lunghezza cammino (m) Schema Telescopio Angolo azimutale (f) Telescopio Flusso integrale di muoni che fuoriescono dalla struttura geologica. 5

6 Primo telescopio completato e installato presso sede INGV di Nicolosi per prima campagna di misura 30/1/2017. Il Target sono i Monti Rossi. Le simulazioni accurate effettuate prevedono un buon contrasto in poche settimane. 1 Agosto 2017 trasferimento presso complesso crateri di Nord-Est. 10 min 6

7 Caratterizzazione del telescopio Strategia di misura La realizzazione dell'immagine della struttura vulcanica si ottiene confrontando il flusso osservato dopo l'attraversamento dell'oggetto con il corrispondente flusso in condizioni di cielo aperto, che può essere contestualmente misurato dal flusso di muoni provenienti dal retro del telescopio. Il rapporto pixel per pixel fornisce una misura dell attenuazione del flusso da parte del vulcano. Configurazione orizzontale del telescopio FRONTE RETRO FRONTE RETRO M. Rossi FRONTE FRONTE RETRO RETRO 7

8 Radiografia Monti Rossi campagna dati 30/4 20/ Google Earth FRONTE Digital Elevation Model (DEM)+ Simulazione Monte Carlo Roccia Standard 2.5 g/cm 3 Dati Telescopio 8

9 N (eventi) 9 Tracciatori di muoni cosmici per monitorare la stabilità di edifici Tracciamento dei muoni Odoscopi a fibre scintillanti Sonde trigger a scintillatore Timing e tracciamento Radiografia muonica Misura distribuzione angolare Monitoraggio variazioni nel tempo Acquisizione ed elaborazione On-line Basso consumo Comunicazione Wireless Modellazione 3D in combinazione con misurazioni TP 5 standard. Risoluzione spaziale circa 1mm Indicata in applicazioni che richiedono: Bassa invasività Misura di stabilità delle distanze relative fra punti non a vista o separati da strutture non modificabili o da preservare TP 4 TB2 Tracker Probe (TP1) m m Tracker Base (TB1) TP 2 TP 3 TB3 m TP TB Dy(cm) 10 gg

10 N (eventi) Misurando i punti di passaggio delle traiettorie dei muoni su un rivelatore di cosmici bersaglio, situato nel punto da monitorare, e su un telescopio di rivelatori vincolato alla struttura dell edificio, è possibile stimare lo spostamento sistematico del bersaglio mobile rispetto al telescopio fisso Vantaggi dei raggi cosmici radiazione naturale, continua nessuna sorgente artificiale, nessun rischio di natura radiologica attraversano spessori di materiali subendo solo piccole deviazioni si misurano facilmente con tecniche ben consolidate Limitazioni dei raggi cosmici Tracciamento di raggi cosmici la presenza di deviazioni stocastiche implica l utilizzo di distribuzioni campionarie necessità di accumulare statistica con un rateo di eventi limitato z y Tracker Probe x P0 P_ric Simulazione Monte Carlo della distribuzione della differenza tra la coordinata misurata nel bersaglio e quella ricostruita con estrapolazione dal telescopio 10 gg La media della distribuzione è uno stimatore dello spostamento sistematico del bersaglio. smedia= sdistr/ N rappresenta la precisione della misura ed è funzione del tempo di presa dati. smedia <1 mm Tracker Base P2 P1 Dy(cm) P3 10

11 Grazie per l attenzione Contatti: Domenico Lo Presti c/o Dipartimento di Fisica ed Astronomia di Catania Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Catania Via Santa Sofia 64, Catania domenico.lopresti@ct.infn.it Skype: domenico.lo.presti Tel: