SORGENTE DI ELETTRONI PER TEST SU RIVELATORI: studio di fattibilità

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1 SORGENTE DI ELETTRONI PER TEST SU RIVELATORI: studio di fattibilità Stagisti: Giulia Bonato Francesco Pietro Colelli Carlo Poggi Tutor: Marco Poggi

2 Motivazione Verificare in laboratorio il funzionamento di rivelatori di elettroni a microcanali (Microchannel Plate, MCP) con un flusso di elettroni da 0 a 1nA di corrente e energia di alcuni ev.

3 Metodo usato Produzione di elettroni in vuoto tramite effetto termoionico con riscaldamento di un filamento metallico di tungsteno onde indurre l emissione di elettroni Creazione di un campo elettrico per guidare gli elettroni prodotti sul MCP grazie all attribuzione di una differenza di potenziale

4 Sorgente e apparato di misura Filamento di tungsteno di 2 cm, diametro 100micron Camera da vuoto con pressione di 10-6 mbar Generatore di corrente alternata per il filamento tramite trasformatore Primario e secondario con isolamento sufficiente a portare il filamento a tensione di almeno V Due amperometri misuranti la corrente di filamento e la corrente assorbita dal primario Sistema di rivelazione a MCP con anodo di raccolta connesso ad un oscilloscopio (inizialmente sostituito da una placca di 1cm 2 connesso ad un amperometro)

5 Sorgente e apparato di misura: dettagli Filamento di tungsteno di 2 cm, diametro 100 micron Camera da vuoto con pressione di 10-6 mbar

6 Sorgente e apparato di misura: dettagli Generatore di corrente alternata per il filamento tramite trasformatore Primario e secondario con isolamento sufficiente a portare il filamento a tensione di almeno V Due amperometri misuranti la corrente di filamento e la corrente assorbita dal primario

7 Sorgente e apparato di misura: dettagli Sistema di rivelazione a MCP con anodo di raccolta connesso ad un oscilloscopio (inizialmente sostituito da una placca di 1cm 2 connesso ad un amperometro)

8 Circuito elettrico utilizzato

9 Prima fase Controllo delle condizioni di lavoro: raccolta di dati e confronto con quelli teorici, verifica delle leggi dell effetto termoionico.

10 80.0 Chart Title Prima fase 70.0 y = x R 2 = Corrente dalla placca (na), in ordinata, mantenendo costante a 1,6A la corrente del filamento e tensione (V) di placca in ascissa. I punti sperimentali interpolati con una curva avente esponente 1,6. Il risultato e` compatibile con la legge di Langmuir per bassi valori della tensione di placca: I=aV 3/2

11 Corrente di placca in funzione della differenza di potenziale tra filamento e placca. Si evidenzia la presenza di punti di saturazione compatibili con la legge di Richardson. Ifil=1,1A Vplacca=+10V Ifil=1,1A Vplacca=0V

12 Determinazione della temperatura del filamento Metodo ottico: pirometro a infrarossi Simulazione con programma considerando la potenza dissipata dal filamento Calcolo teorico con legge di Stefan-Boltzmann: W/S=σεT 4 Risultati: compresi tra 1000 e 3000K, differenti per ogni metodo ma compatibili con le aspettative

13 1,00E+07 Emissione di elettroni (A/m 2 ) del tungsteno in funzione della temperatura 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 1,00E ,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11

14 MCP Il microchannel plate (MCP) è un componente planare usato nei rivelatori di particelle (ioni e elettroni). La particella che colpisce il MCP genera alcuni elettroni che nel microcanale vengono a loro volta moltiplicati con un processo a valanga. Tale amplificazione (ad esempio da 1 a 1000 elettroni) dipende dalla differenza di tensione applicata alle due facce del disco.

15 Test con MCP

16 Test con MCP

17 L oscilloscopio mostra il picco degli elettroni provenienti dall anodo.

18 Un ulteriore prova è stata evidenziare tramite un amplificatore del segnale e un opportuno circuito di scansione la corrente proveniente dai singoli segmenti dell anodo. Si è potuto così individuare il profilo del fascio

19 Ad ogni scalino corrisponde una lunghezza di 0,75 mm. La dimensione longitudinale complessiva è circa 8,25 mm.

20 Conclusioni I test sulla sorgente di elettroni sono stati soddisfacenti Le prove sul MCP hanno evidenziato che la sorgente è effettivamente un utile strumento per caratterizzare il rivelatore, nonostante alcuni punti siano ancora da chiarire

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