Interazione e rivelazione della radiazione nucleare

L'insegnamento si propone di fornire nozioni di base sui meccanismi di interazione con la materia per particelle cariche, raggi gamma e neutroni. Verranno inoltre illustrati i principi base di funzionamento dei principali rivelatori e le loro proprietà, prendendo in considerazione rivelatori a gas, a scintillazione e a semiconduttore. Nella seconda parte del corso, verranno presentati apparati di rivelazione attuali e/o in fase di costruzione, in collegamento con la realizzazione di esperimenti di frontiera nel campo della fisica nucleare.

Al termine dell'insegnamento, lo studente sarà a conoscenza dei meccanismi di interazione della radiazione con la materia, e dei principali fenomeni associati. in particolare, sarà in grado di dare stime per
i) perdita di energia secondo Bethe-Block, range e straggling per particelle cariche in diversi materiali;
ii) probabilità di effetto fotoelettrico, Compton e produzione di coppie per radiazione gamma di energia keV - 10 MeV;
iii) sezione d'urto di neutroni al variare dell'energia, e probabilità di interazione mediante processi di scattering e cattura.
Lo studente sarà in grado di discutere il funzionamento base delle principali classi di rivelatori, in particolare:
i) rivelatori a gas: camera a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori Geiger-Muller;
ii) rivelatori a scintillazione: organici, inorganici, guide di luce, tubi fotomoltiplicatori:
iii) rivelatori a semiconduttore: giunzione pn, rivelatori iperpuri, in particolare basati su Si e Ge;
iv) rivelatori per neutroni.
Lo studente sarà in grado di proporre configurazioni ottimali di sistemi di rivelazione per lo studio di selezionati casi fisici di attuale interesse per la fisica nucleare, che richiedono strumentazione avanzata. Ad esempio:
i) apparati a multi-rivelatori di grosso volume, basati di Ge iperpuri compositi o segmentati;
ii) apparati costituiti da scintillatori di grosso volume anche in configurazione phoswich;
iii) apparati per la misura di elettroni di conversione;
iv) apparati per la misura di ioni pesanti di bassa energia o per frammenti di fissione;
v) apparati modulari per la misura di neutroni veloci.