Scuola Nazionale "Rivelatori ed Elettronica per Fisica delle Alte Energie, Astrofisica ed Applicazioni Spaziali" INFN Laboratori Nazionali di Legnaro

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1 Scuola Nazionale "Rivelatori ed Elettronica per Fisica delle Alte Energie, Astrofisica ed Applicazioni Spaziali" INFN Laboratori Nazionali di Legnaro marzo 2007 Descrizione delle lezioni 1

2 Lunedì 26 Marzo Introduzione ai concetti di danno da radiazione: effetti, grandezze ed ambienti. Jeff Wyss, Università di Cassino L interazione fra radiazione e materia è alla base sia del funzionamento di rivelatori e di sistemi microelettronici per applicazioni scientifiche e tecnologiche sia, in alcuni casi, del loro malfunzionamento. L importanza del concetto di radiazione e di danno da radiazione investe molti campi. E di notevole interesse per tutte le attività agli acceleratori di particelle e sui satelliti, dalle scienze di base (fisica delle alte energie, astrofisica, scienze dei materiali), alle attività commerciali nello spazio, l avionica, la medicina nucleare (diagnostica e terapia), ed applicazioni industriali. Garantire il corretto funzionamento dei rivelatori e dell elettronica è importante soprattutto quando questi sistemi devono lavorare in ambienti ostili per la presenza di radiazione. Non è perciò sorprendente che lo studio del danno da radiazione costituisca un campo molto attivo nella ricerca applicata. In queste lezioni illustrerò i concetti essenziali, le definizioni e le grandezze in gioco (dose, linear energy transfer, non-ionizing energy loss, single event effects, cross-sections). L approccio sarà elementare e di ampio respiro. Lo scopo è fornire ai novizi gli strumenti di base per la comprensione di articoli più tecnici Rivelatori a semiconduttore: dispositivi e sistemi Dario Bisello, Università di Padova La prima lezione sarà dedicata ad un introduzione dei principi di funzionamento dei rivelatori a semiconduttore con particolare enfasi alle loro applicazioni come rivelatori di posizione. Verrà assunta la conoscenza delle nozioni di base di fisica dello stato solido e dei dispositivi elettronici. La seconda parte sarà dedicata alla loro applicazione nei sistemi di rivelazione di tracce in esperimenti di fisica delle alte energie ed astroparticellare. 2

3 Martedì 27 Marzo Danno da radiazione in rivelatori a semiconduttore Mara Bruzzi, Università di Firenze Quando un materiale semiconduttore viene esposto a bombardamento con fasci di particelle di elevata energia, come neutroni veloci, raggi gamma, protoni ed elettroni di alta energia, si producono difetti puntuali ed estesi nel reticolo cristallino con formazione di livelli discreti nella banda proibita e conseguente degrado delle proprietà elettriche del dispositivo basato su tale materiale. Molti sono gli ambienti operativi ove si rende necessario uno studio dettagliato del danno da radiazione dei dispositivi a semiconduttore. In applicazioni spaziali, le prestazioni elettriche delle celle solari si degradano fortemente a causa dell esposizione a particelle cariche energetiche. In radioterapia clinica, la strumentazione utilizzata per la misurazione della dose, basata su materiali semiconduttori/isolanti subisce un degrado a causa dell esposizione prolungata alla radiazione di fotoni X, raggi gamma, protoni di alta energia. Negli esperimenti di fisica delle alte energie, e.g. presso il Large Hadron Collider (LHC) al CERN di Ginevra, il problema investe i rivelatori di posizione di nuova generazione, che dovranno essere operativi per fluenze di adroni veloci fino a valori di cm -2 su un arco di lavoro di 5 anni, considerando un incremento di luminosità a cm -2 s -1. Lo sviluppo dei rivelatori Ultra-Radiation-Hard (URH) richiede un avanzamento consistente delle conoscenze tecnologiche attuali sia nel campo dei materiali che della geometria dei dispositivi. Nella prima lezione verranno presentati i modelli più recenti del danno da radiazione nei materiali in studio dalla comunità scientifica internazionale: silicio Float Zone, Czochralski, epitassiale, diamante, SiC, GaN ed altri semiconduttori a gap elevato. Nella seconda lezione verrà quindi discussa l ottimizzazione in termini di resistenza alla radiazione della geometria del dispositivo, relativamente al suo utilizzo nelle diverse applicazioni, con un analisi della variazione delle sue prestazioni anche in relazione alle condizioni operative (temperatura, condizioni di manutenzione, annealing) Rivelatori a pixel Gino Bolla, Purdue University (USA) Il tema della lezione sarà descrivere una particolare tipologia di rivelatori a semiconduttore: i rivelatori a pixel. Tali rivelatori presentano delle caratteristiche che li rendono adatti all impiego nella parte più interna dei tracciatori per esperimenti di fisica delle alte energie (HEP). Il percorso della lezione partirà quindi dalla descrizione del singolo dispositivo fino a giungere a considerare il loro impiego nei tracciatori per HEP, non trascurando di considerarne punti di forza e peculiarità Rivelatori 3D Maurzio Boscardin, ITC-IRST (Trento) Diversamente dai convenzionali rivelatori planari, nei quali la raccolta della carica generata dalla radiazione ha luogo sulla superficie del wafer, nei rivelatori 3D gli elettrodi sono perpendicolari alla superficie del wafer e si estendono parzialmente o completamente attraverso il volume della fetta. 3

4 L architettura 3D consente pertanto di disaccoppiare il volume attivo del rivelatore (determinato dallo spessore delle fette utilizzate) dalla tensione di svuotamento (che dipende dalla distanza tra gli elettrodi, distanza che può essere ridotta a dimensioni dell ordine di alcune decine di micron). Tale proprietà può consentire di ottenere rivelatori resistenti al danno da radiazione, come richiesto dai sistemi di tracciamento di particelle da utilizzarsi negli acceleratori di prossima generazione. La ridotta distanza tra gli elettrodi nei rivelatori 3D permette alta velocità di raccolta del segnale, inoltre questi sensori hanno un area morta decisamente minore rispetto ai rivelatori planari Sensori monolitici a pixel attivi Renato Turchetta, Rutherford Appleton Laboratory (Gran Bretagna) Questa lezione verte sui rivelatori monolitici a pixel attivi, cioè quei rivelatori a pixel dove il rivelatore è integrato con l elettronica di lettura sullo stesso substrato, e nel quale i pixel hanno una funzione attiva di condizionamento del segnale. La lezione verterà principalmente sui rivelatori monolitici CMOS a pixel attivi, noti come CMOS Active Pixel Sensors (CMOS APS) o Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS). Comparsi all inizio degli anni 90 in America ed in Europa, i CMOS APS furono immediatamente sviluppati per le camere digitali, prima per applicazioni di bassa qualità, come per le web-cam, ma in seguito per applicazioni con performance sempre più elevate, come ad esempio le macchine fotografiche digitali di tipo prosumer. Dopo una breve panoramica sull uso dei rivelatori CMOS APS nelle macchine fotografiche digitali, la lezione si concentrerà sull uso dei rivelatori CMOS APS per applicazioni scientifiche, dalla scienza dello spazio alla fisica delle particelle passando attraverso le applicazioni biomediche. I parametri critici come rumore, segnale in funzione della radiazione da rivelare, velocità, resistenza alle radiazioni, saranno considerati dettagliatamente. La lezione si concluderà con un breve excursus sui rivelatori di tipo DEPFET, in cui parte dell elettronica di lettura è integrata direttamente su un substrato in silicio ad alta resistività Rivelatori a semiconduttore per uso medico Maria Giuseppina Bisogni, Università di Pisa Nel corso degli ultimi anni i rivelatori a semiconduttore hanno trovato una vasta gamma di applicazioni in settori diversi rispetto a quello della fisica delle alte energie in cui sono nati. Tra di essi un posto di primo piano occupa l imaging medico. Oggi infatti è possibile trovare sul mercato sistemi per mammografia digitale basati su rivelatori in silicio a microstrisce oppure gamma-camere basate su rivelatori a CdTe. Il successo incontrato da queste innovative tecnologie nella pratica clinica è frutto della ricerca sui rivelatori a semiconduttore portata avanti sia da istituzioni pubbliche che da imprese private. Durante la lezione verranno illustrati i requisiti ed i limiti imposti ai rivelatori a semiconduttore ed ai relativi sistemi di lettura dalla modalità clinica in cui essi possono venire utilizzati. Verrà infine presentata una panoramica sullo stato dell arte e le prospettive dei rivelatori a semiconduttore per uso medico. 4

5 Mercoledì 28 Marzo Front-end electronics for particle detectors Francis Anghinolfi, CERN (Svizzera) After an introduction on the fundamental features of front-end electronics for particle detectors, and a short review of the time and frequency representations of electrical signals, I will go through the detector signal transformation through amplification and pulse shaping. The two aspects of energy and time measurement will be discussed. I will comment the noise sources and signal to noise ratio calculation in front-end electronics systems, and then go through some examples of circuits for particle physics experiments and medical imaging applications Effetti delle radiazioni in dispositivi elettronici in tecnologie CMOS, JFET e bipolari Valerio Re, Università di Bergamo L utilizzo di sistemi elettronici resistenti alle radiazioni è richiesto in un vasto campo di applicazioni (spazio, reattori nucleari, esperimenti di fisica delle alte energie,.). In questa lezione vengono esaminati gli effetti delle radiazioni e i meccanismi di danneggiamento nei principali dispositivi elettronici. Vengono esaminati i fenomeni di degradazione dei parametri statici, di segnale e di rumore dei dispositivi. Particolare attenzione viene dedicata ai meccanismi di generazione e intrappolamento di carica negli ossidi di gate e di isolamento laterale in dispositivi CMOS esposti a radiazione ionizzante. Viene infine analizzato l impatto dell evoluzione delle tecnologie microelettroniche sulle proprietà di tolleranza alle radiazioni. A questo scopo vengono discussi i fenomeni fisici di degradazione delle caratteristiche di dispositivi CMOS "nanoscale" e di transistori bipolari a eterogiunzione Rivelazione IR ad UV nello Spazio Emanuele Pace, Università di Firenze La lezione ha come obbiettivo la descrizione delle motivazioni, delle necessità, dei problemi scientifici e tecnologici del fare rivelazione di fotoni dallo spazio. L'ambiente spaziale infatti è necessario per una serie di ragioni che saranno illustrate, ma al tempo stesso è un ambiente estremo, dove numerose sono le sorgenti di degrado e rottura dei dispositivi. Saranno descritti i vari tipi di rivelatore comunemente utilizzati, i vantaggi e i limiti per le applicazioni spaziali ed infine sarà data un'ampia panoramica sugli accorgimenti e le soluzioni tecnologiche adottate per superare i limiti legati al vuoto e al degassamento, agli irraggiamenti sia di fotoni che di particelle, agli ingombri, al power management e altro. L'ultima parte della lezione sarà dedicata agli aspetti innovativi: le tecnologie attuali hanno dei limiti che potrebbero essere superati con l'utilizzo di nuove tecnologie e nuovi materiali. Saranno illustrati sviluppi di rivelatori e innovazioni nel campo dell'elettronica e i processi di costruzione dei dispositivi. 5

6 Rivelatori a deriva a semiconduttore per spettoscopia e imaging X e gamma Antonio Longoni, Politecnico di Milano I rivelatori a deriva a semiconduttore (SDD - Semiconductor Drift Detectors) presentano sostanziali vantaggi, in termini di risoluzione spettroscopica e "detection rate", rispetto a rivelatori più convenzionali. Tali vantaggi sono strettamente legati ai valori bassissimi di capacità di uscita di questi dispositivi. Nella lezione vengono presentati i principi di funzionamento dei rivelatori a deriva a semiconduttore, discusse le ragioni delle prestazioni ottenibili e introdotti i più recenti dispositivi di questo tipo (SDD ad anodo decentrato, matrici monolitiche di SDD). Vengono discussi i requisiti dei dispositivi e dei circuiti elettronici per la lettura e il trattamento dei segnali forniti da SDD e presentate recenti implementazioni. Vengono infine illustrate alcune applicazioni dei rivelatori a deriva nel campo della spettroscopia X (strumentazione XRF- X Ray Fluorescence - per analisi di materiali) e dell imaging Gamma (strumentazione SPECT Single Photon Emission Computed Tomography per diagnostica medica e biologia molecolare). 6

7 Giovedì 29 Marzo Effetti delle radiazioni: SEE (Single Event Effects) Alessandro Paccagnella, Università di Padova Uno dei maggiori problemi che deve affrontare l elettronica in applicazioni ad alto tasso di radiazione, e soprattutto in ambito spaziale, è legato alla sensibilità nei confronti degli effetti da evento singolo (SEE, Single Event Effects). Infatti, una sola particella ionizzante (tipicamente un raggio cosmico) che attraversi il circuito in un punto sensibile può generare malfunzionamenti elettrici, che possono andare dalla corruzione momentanea di un bit memorizzato alla distruzione catastrofica del componente. Le presentazioni intendono offrire un panorama generale delle questioni legate ai SEE principalmente nei circuiti digitali. A partire dalla fisica della deposizione di carica lungo la traccia di una particella, le lezioni presenteranno i vari tipi di malfunzionamenti che si possono registrare nei circuiti distinti nelle classi di errori Soft e Hard, le metodologie di test a terra e l interpretazione dei risultati ottenuti, per concludere con esempi relativi a benchmark quali le memorie SRAM e la proiezione per le future tecnologie microelettroniche Tecnologie per Astrofisica delle alte energie Barbara Negri, Agenzia Spaziale Italiana La storia dell Astrofisica in alte energie (X e gamma) ha dimostrato che ogni avanzamento nella nostra conoscenza in questo campo è strettamente correlata ad un aumento nella sensibilità degli strumenti utilizzati. Un aumento in sensibilità di un fattore potrebbe essere decisivo per la soluzione di molti fenomeni estremi e fondamentali dell astrofisica. La posizione di eccellenza conquistata dall Italia negli ultimi 10 anni nel campo dell Astrofisica X e gamma, come anche la possibilità di partecipare ad importanti missioni future, può essere mantenuta solo sviluppando un solido programma nazionale di R&D in questo campo. E necessario, infatti, il miglioramento delle performance dei rivelatori già sviluppati, rispetto a quanto attualmente disponibile, in termini di risoluzione energetica, spaziale e temporale, al fine di aumentare la sensibilità e la precisione dei payload per missioni di nuova generazione. Serve, inoltre, lo sviluppo di nuove tecnologie di base per spingere la sensibilità degli strumenti oltre le attuali capacità. Sulla base di quanto detto sopra, l ASI ha finanziato cinque studi tecnologici per proposte nel campo dell Astrofisica delle alte energie L Europa nello Spazio (con un breve excursus sui power supply) Giacomo Cavallo, INAF-IASF (Milano) Per comprendere la posizione dell Europa nello Spazio vengono anzitutto brevemente illustrati gli investimenti e le tendenze politiche delle principali potenze spaziali nel mondo. In questo contesto vengono anche menzionate alcune Agenzie nazionali Europee. Il maggior risalto viene però dato all Agenzia Spaziale Europea (ESA), che viene presentata e discussa nei suoi principi, funzionamento, finanziamenti, programmi. Viene illustrato in particolare il programma scientifico ed il suo nuovo piano a lungo termine, "Cosmic Vision". Si darà quindi un breve cenno sui due recenti inviti a proporre nuove missioni, rispettivamente per la scienza e per il programma di esplorazione, e sul meccanismo adottato dal programma scientifico per la selezione delle nuove missioni. Infine, separatamente, saranno brevemente introdotti gli alimentatori (power supplies) nel contesto delle missioni scientifiche. 7

8 Methodologies issues to mitigate radiation effects on space electronic equipments Thierry Carriere, EADS Space (Francia) The industrial methodology used by Astrium to define the reliability of electronic equipment will be first explained considering total dose and Single Event Effects. The main issues leading to under or over estimation of these effects in space will be pointed out. The talk will finish by a short presentation of research activities allowing a better estimation of space radiation effects on electronic equipment Condizionamento della potenza elettrica a bordo satellite Piero G. Maranesi, Università di Milano Viene descritta la struttura a blocchi del sistema di generazione e di condizionamento della potenza a bordo di satelliti e stazioni spaziali. Si evidenziano le differenze che dipendono essenzialmente dalla potenza istallata e dal ruolo satellitare, e si descrivono i blocchi costituenti commentando le specificità relative all'applicazione spaziale. Le celle fotovoltaiche multigiunzione vengono caratterizzate elettricamente e confrontate con le più comuni celle al silicio. Si accenna alle modalità operative dell'unità di intercettazione del punto di massima potenza che connette le celle con le batterie ed il "bus" di alimentazione in continua. Quest'ultimo può essere regolato o no: nel primo caso necessita di un apposito convertitore DC/DC. Le topologie circuitali ottimali dei convertitori successivi dipendono dalla tipologia del bus stesso, e su questo ci si sofferma con qualche esemplificazione. I convertitori che alimentano i payloads sono a molte uscite tra cui una, ormai di routine, a bassa tensione (sotto 3 Volt) e alta corrente per alimentare carichi circuitali di circuiti integrati a canale stretto. Infine si accenna alle peculiarità progettuali dettate dall'applicazione spaziale soffermandosi sul CAD e sull'analisi dinamica assistita da calcolatore Effetti delle radiazioni sui power supply Francesco Iannuzzo, Università di Cassino L affidabilità dei convertitori di potenza per lo spazio è limitata da fenomeni indicati genericamente come "Effetti da Evento Singolo SEE". Questi si verificano quando particelle energetiche colpiscono un dispositivo attivo, quale un Power MOSFET o un diodo, innescando in esso instabilità che possono anche causarne la rottura. Anche se i SEE nei dispositivi di potenza sono studiati da lungo tempo, la loro natura non è ancora del tutto compresa. La relazione intende presentare lo stato dell arte della ricerca nel settore, concentrandosi sui fenomeni fisici primari osservati durante l impatto. Vengono considerati sia i fenomeni che riguardano il corpo del dispositivo e danno origine al cosiddetto "Single Event Burn-out SEB", sia quelli che interessano la struttura MOS superficiale e provocano il "Single Event Gate Rupture SEGR". L analisi viene effettuata sulla base dei risultati riportati nella letteratura scientifica, con il supporto di misure sperimentali e di simulazioni ad elementi finiti. 8

9 Case study scientifico Mauro Menichelli, INFN Sezione di Perugia Verranno descritte come studio ed esempio applicativo, l architettura, le caratteristiche e i test di qualificazione del sistema dei power supply per il tracciatore dell esperimento su satellite AMS-02. L esperimento AMS-02 è dedicato alla misura dello spettro dei raggi cosmici da 0.5 GeV fino ad alcuni TeV di energia e sarà operativo nel 2008 sulla Stazione Spaziale Internazionale. Il sistema dei power supply del tracciatore è stato progettato per ottimizzare le caratteristiche di rumore, modularità ed efficienza: tali aspetti verranno dettagliatamente descritti nella lezione. 9

10 Venerdì 30 Marzo ESA sponsored European SEE irradiation facilities: PIF, HIF and RADEF Reno Harboe-Sorensen, ESA/ESTEC (Olanda) Three European irradiation facilities under European Space Agency (ESA) contract have beam lines and setup dedicated to component and material radiation characterization and studies. These facilities, primarily used during Single Event Effects (SEE) testing and detector calibrations, have proton energies and ions similar to those in space. For protons, the energy range of 10 to 250 MeV is covered and for ions, the LET range is from 1 up to 100 MeV/(mg/cm 2 ). Equipped with dedicated test chambers, dosimetry boxes and user interface capabilities, efficient and low cost radiation testing can be routinely carried out. Following a short introduction covering the various space environments, some spacecraft radiation anomalies and component trends, earlier used test facilities will be introduced before focusing on today SEE irradiation facilities. Some advantages and limitations will be discussed before a series of recent component SEE data, obtained at different facilities, will be presented Irraggiamento con micro-fasci ionici: applicazioni presso i Laboratori Nazionali del Sud Paolo Finocchiaro, INFN-Laboratori Nazionali del Sud Presso i Laboratori Nazionali del Sud di Catania sono attualmente disponibili due acceleratori di particelle: un Tandem ed un Ciclotrone Superconduttore (CS). Tali macchine sono principalmente dedicate alla sperimentazione in fisica nucleare, ma una frazione non trascurabile del loro tempo di operazione è dedicata ad aspetti applicativi e multidisciplinari. In particolare da diversi anni viene utilizzato con successo un fascio di protoni dal CS per la terapia di tumori ed altre patologie oculari (progetto CATANA), vengono irraggiati materiali superconduttori per studiarne la modifica delle proprietà elettriche e magnetiche, si effettuano irraggiamenti di componenti elettronici per valutare il danno da radiazione. Una tecnica particolarmente interessante, che verrà discussa in dettaglio, riguarda la produzione di fasci di dimensioni micrometriche sia con il Tandem che con il CS. Verranno esposte due applicazioni legate a questa tecnica, con annessi sistemi di microdiagnostica, e illustrati degli esempi: 1) litografia profonda con fasci ionici (DLI), per la produzione di microcomponenti ottici e/o meccanici; 2) caratterizzazione di rivelatori di particelle sensibili alla posizione Nuove macchine acceleratici ed il CNAO Andrea Pisent, INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro Gli acceleratori lineari (LINAC) per ioni sono stati negli ultimi anni protagonisti di un notevole sviluppo sia per quanto riguarda gli specifici aspetti tecnologici e le conseguenti prestazioni, sia per l estensione dei loro campi di applicazione. In particolare LINAC ad alta intensità vengono usati come sorgenti di neutroni o per la produzione di fasci di nuclei non stabili, così invadendo campi di tradizionale competenza dei reattori. D altra parte fasci di adroni vengono usati nelle nuove macchine per la terapia oncologica, fornendo possibilità di cura migliorative rispetto a quanto fatto con i tradizionali acceleratori lineari 10

11 per elettroni. Gli acceleratori lineari vengono in questo caso utilizzati nella parte iniziale dell accelerazione quando l acceleratore principale è un sincrotrone. I Laboratori Nazionali di Legnaro costituiscono uno dei principali centri europei per lo sviluppo dei LINAC per ioni. In questa presentazione verranno dati esempi di queste applicazioni tratti dai progetti in cui il gruppo di LNL è coinvolto, ed in particolare SPES per la produzione di fasci di ioni radioattivi per la fisica nucleare e per la produzioni di neutroni per la sperimentazione nel campo della fisica medica, IFMIF per la produzione di neutroni per il test dei materiali per i futuri reattori di fusione, ed infine il CNAO, il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica in costruzione a Pavia Produzione di neutroni impulsati di alta energia: la sorgente a spallazione ISIS Antonino Pietropaolo, Università di Roma Tor Vergata ISIS, presso il Rutherford Appleton Laboratory (Gran Bretagna), è attualmente la più intensa sorgente di neutroni e muoni impulsati operante al mondo. I fasci di neutroni prodotti attraverso le reazioni di spallazione, vengono normalmente utilizzati per indagini spettroscopiche dedicate all investigazione sia della struttura che della dinamica della materia condensata. Recentemente, sono stati messi a punto dei protocolli e delle metodologie di misura che permettono l uso dei fasci di neutroni impulsati di ISIS per applicazioni allo studio di oggetti di interesse archeologico e culturale e all irraggiamento di componenti elettronici. Nella presente relazione verrà descritta la produzione di neutroni ad ISIS, discutendo brevemente gli stadi di accelerazione dei protoni, l interazione protone-targhetta e le reazioni di spallazione. Verrà discussa brevemente la produzione di fasci di neutroni per le diverse linee di fascio, e in particolare verrà descritta quella dello spettrometro VESUVIO (componenti strumentali, spettro dei neutroni e fondo di macchina), dove sono state effettuate recentemente delle misure di irraggiamento di FPGA (Field Prgrammable Gate Arrays), utilizzando lo spettro ad alta energia (1 < E < 100 MeV) disponibile sullo strumento Acceleratori di elettroni Piergiorgio Fuochi, ISOF-CNR (Bologna) Gli acceleratori di elettroni, macchine che convertono energia elettrica in corrente elettronica, sono una valida alternativa alle sorgenti radioattive per ottenere radiazioni ionizzanti; sono, infatti, intrinsecamente sicuri, precisi, facilmente controllabili e, contrariamente alle sorgenti radioattive, possono essere accesi o spenti a piacere. Gli acceleratori utilizzati oggigiorno sono di diversi tipi, tuttavia alcune caratteristiche e principi costruttivi sono comuni a tutti. Gli elettroni vengono emessi da un filamento, di solito di tungsteno, che funge da catodo e vengono accelerati all interno di un tubo sotto vuoto da un campo elettrostatico (acceleratori elettrostatici), oppure da un campo elettromagnetico (acceleratori a radiofrequenza). Una volta accelerati, gli elettroni vengono "sparati" all esterno della macchina acceleratrice, attraverso una sottile finestra di metallo (poche decine di μm di spessore), sotto forma di un fascio che viene fatto incidere sul materiale da irraggiare. In questa lezione verranno descritte dettagliatamente le principali caratteristiche dei tipi di acceleratori di elettroni più comunemente usati per ricerca e per applicazioni industriali. 11

12 I fotomoltiplicatori al silicio: fisica ed applicazioni Gianmaria Collazuol, INFN Sezione di Pisa I fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) consistono in matrici di fotodiodi a valanga, con spegnimento passivo, connessi in parallelo e fatti funzionare in regime Geiger. La loro capacità di rivelare bassi flussi di fotoni ottici, con risoluzioni in ampiezza ed in tempo senza precedenti anche sul singolo fotone, unita al loro funzionamento a tensioni di polarizzazione basse ( V) ed alla insensibilità ai campi magnetici li rende un'alternativa molto promettente ai fototubi a vuoto. Nella prima parte della lezione saranno discussi la fisica, le problematiche e la recente tecnologia relativa a tali dispositivi. Nel seguito si discuteranno alcune delle molte applicazioni possibili dei SiPM in ambito della fisica delle alte energie, dello spazio e della medicina nucleare. 12