Elettronica nucleare

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/04
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di trasmettere agli studenti conoscenze approfondite sul rumore elettronico e la sua propagazione in sistemi lineari tempo-invarianti e tempo-varianti, nonché sulle tecniche di ottimizzazione del rapporto segnale-rumore in presenza di rumore a densità spettrale arbitraria. Quale caso di studio verrà considerata la spettrometria ad alta risoluzione di radiazioni nucleari.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del corso avrà acquisito le seguenti competenze:
1. saprà descrivere i meccanismi fisici che generano rumore elettronico;
2. conoscerà il concetto di densità spettrale di rumore e saprà calcolare il rapporto segnale-rumore;
3. saprà propagare le sorgenti di rumore elettronico nei circuiti lineari e/o riferirle all'ingresso;
4. avrà compreso il concetto di funzione peso e di filtraggio ottimo;
5. saprà descrivere i blocchi principali di un sistema elettronico per spettroscopia di radiazioni ionizzanti;
6. conoscerà il principio di funzionamento e le caratteristiche statiche, dinamiche e di rumore del preamplificatore di carica;
7. saprà ricavare la forma dei segnali generati da rivelatori a semiconduttore di particelle e radiazioni ionizzanti;
8. conoscerà le tecniche di ottimizzazione a livello fisico e di processing della catena elettronica per la rivelazione di particelle e radiazioni ionizzanti.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
L'insegnamento potrà essere erogato interamente da remoto se vi fossero limitazioni alla mobilità legate all'emergenza sanitaria. In tal caso le spiegazioni verranno offerte in aule virtuali (piattaforma zoom) in collegamento sincrono, con la possibilità di interazione in tempo reale tra gli studenti e il docente.
Programma
Nel corso verrà descritta dettagliatamente la catena elettronica per la misura dei segnali generati dai rivelatori a semiconduttore, con particolare accento sul fenomeno del rumore elettronico, la sua origine fisica e le tecniche per minimizzarne gli effetti. Gli argomenti trattati sono i seguenti:
- Elementi di teoria del segnale e del rumore elettronico.
Descrizione del segnale nel dominio del tempo e della frequenza (trasformata di Fourier). Principali fonti di rumore (rumori termici, rumore shot, rumore 1/f e lorentziano). Funzione di autocorrelazione e densità spettrale di rumore. Rapporto segnale rumore, risoluzione delle misure
- Rivelatori a semiconduttore di particelle e radiazioni ionizzanti (X e gamma).
Principi di funzionamento. Fattore di Fano. Parametri elettrici (capacità, corrente di fuga). Effetti di bordo. Rapporto picco-valle.
- Preamplificazione e amplificazione del segnale.
Richiami sugli amplificatori retroazionati a massa virtuale. Preamplificatore di carica (struttura circuitale, funzione di trasferimento, tempo di salita, tempo di reset, tempo morto). Carica equivalente di rumore (ENC).
- Ottimizzazione del rapporto segnale/rumore delle misure spettrali
Accoppiamento ottimo rivelatore-preamplificatore. Filtro ottimo teorico. Filtri formatori analogici (funzione peso, tempo di formatura, baseline restorer).
- Conversione analogico-numerica del segnale e filtraggio digitale.
Tecniche di conversione. Non linearità integrale e differenziale. Tecniche di correzione. Filtri formatori digitali. Baseline restorer digitale.
Prerequisiti
E' consigliato aver seguito almeno un corso o un corso di laboratorio di elettronica di carattere introduttivo.
Metodi didattici
Il metodo didattico contempla sia lezioni teoriche in cui il docente condivide con gli studenti conoscenze e competenze, sia - emergenza sanitaria permettendo - lezioni pratiche in cui il docente mostra agli studenti come la teoria esposta trovi riscontro in sistemi fisici reali. L'approccio didattico è di tipo top-down, cioè si parte da una descrizione sistemica d'insieme per poi procedere in approfondimenti di singoli blocchi nel dettaglio, anche fine.
Materiale di riferimento
Dispense dell'insegnamento, a cura di Alberto Pullia
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La modalità di verifica dell'apprendimento consiste in un colloquio di circa trenta minuti. Verrà verificata la comprensione dei meccanismi fisici alla base del rumore elettronico e la conoscenza e comprensione di un argomento del programma scelto dal docente. Nell'esame si valuteranno sia le competenze acquisite sia le capacità critiche nella discussione di punti specifici anche nuovi.
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Pullia Alberto
Docente/i
Ricevimento:
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