Student Report & Thesis Archives

Characterisation of SiPMs

Robert KlannerSeptember 24th, 2021| |CAEN Experiments, Particle Detector Characterization, Particle Detectors Characterization, Silicon Photomultipliers

Silicon photomultipliers, thanks to their excellent performance, robustness and relatively simple use, are the photon-detectors of choice for many present and future applications. This paper gives an overview of methods to characterise SiPMs. The different SiPM parameters are introduced and generic setups for their determination presented. Finally, ways to extract the parameters from the measurements are discussed and the results shown. If a parameter can be obtained from different measurements, the results are compared and recommendations given, which is considered to be the most reliable. The characterisation of SiPMs, in particular for high light intensities and in high radiation fields, is presently a field of intensive research with many open questions and problems which will be discussed.

Cosmic ray Telescope

Samuela LomazziSeptember 24th, 2021| |CAEN Experiments, Cosmic Rays

The existence of cosmic rays was discovered by Victor Hess in 1912, performing experiments on the ionization of the air. The cosmic radiation is composed by ener-getic particles mainly originating outside the Solar System and even from distant galaxies. It could be divided into two component: “primary” and “secondary”. Of primary cosmic rays, which originate outside of Earth’s atmosphere, about 99% are the nuclei of well-known atoms and about 1% are solitary electrons. Of the nuclei, about 90% are protons, 9% are alpha particles and 1% are the nuclei of heavier elements. A very small fraction are stable particles of antimatter, such as positrons or antiprotons. When cosmic rays penetrate the Earth’s atmosphere they collide with atoms and molecules, mainly oxygen and nitrogen. The interaction produces a cascade of lighter particles, a so-called shower secondary radiation, including protons, x-rays, muons, alpha particles, pions, electrons, and neutrons (figure 1). In first approximation about of 30% of the secondary radiation is composed by electrons and photons, while the 70% by muons.

A caccia di muoni

Niccolò PorcianiSeptember 24th, 2021| |CAEN Experiments, Cosmic Rays, Particle Physics

In questa tesina ho scelto di parlare dei raggi cosmici e dell’esperimento di Rossi e Hall, che ha ispirato la realizzazione del piccolo esperimento presentato nella seconda parte. Parlerò infine delle applicazioni pratiche della misura del flusso di muoni cosmici

Silicon Photomultiplier characterization Experience

September 24th, 2021| |CAEN Experiments, Particle Detector Characterization, Particle Detectors Characterization, Silicon Photomultipliers

This experiment uses Silicon Photo-Multiplers (SiPMs) which are an high density matrix (104=mm2) of Silicon avalanche photo-diodes (APDs). Silicon photo-multipliers, often called “SiPM” in the literature, are solid-state single-photon-sensitive devices based on Single-photon avalanche diode (SPAD) implemented on common silicon substrate. The Silicon Photo-multiplier (SiPM) is a sensor that addresses the challenge of sensing, timing and quantifying low-light signals down to the single-photon level. The silicon photo-multiplier (SiPM) is a radiation detector with extremely high sensitivity, high efficiency, and very low time jitter. It is based on reversed biased https://www.overleaf.com/project/5c758f0ec184c1445ee1719cp- n diodes and can directly detect light from near ultra-violet to near infrared. SiPMs are employed in all those applications where low light/radiation levels must be measured and quantified with high precision.

Caratterizzazione fotorivelatore SiPM s13360-1350cs

September 24th, 2021| |CAEN Experiments, Particle Detector Characterization, Particle Detectors Characterization, Silicon Photomultipliers

Un fotodiodo a valanga (Avalanche Photo Diode APD), schematizzato in figura 1, è un particolare fotodiodo caratterizzato da quattro strati di semiconduttore drogati asimmetricamente. 1. La zona p+, molto drogata, con Na1 accettori (accettori/ μm3 > 105); 2. La zona i(p−), intrinseca, utile a tenere pressochè costante il campo elettrico, a migliorare l’efficienza quantica QE (numero di cariche elettriche rilasciate per ciascun quanto di luce assorbito) e a diminuire la capacità di giunzione; 3. La zona p, drogata con Na2 accettori (con Na1 < Na2); 4. La zona n+, caratterizzata dalla presenza di molti atomi Nd donatori (donatori/μm3 > 105)

Relazioni di Laboratorio

September 24th, 2021| |CAEN Experiments, Particle Detector Characterization, Particle Detectors Characterization, Silicon Photomultipliers

⏳️ Author: M. Caccia, A. Pizzamiglio, N. Radice, D. MazzaAbstractSi è cercato di redigere la relazione nel modo più sintetico e completo possibile per consentire un'agile ed esaustiva lettura.I grafici e le tabelle riportate sono parte integrante nello sviluppo del discorso e nella sua comprensione. Vengono di seguito riportati aspetti generali comuni all'intera relazione.

Laboratorio di Fisica 1

September 24th, 2021| |CAEN Experiments, Nuclear Physics and Radioactivity, Nuclear Physics and Radioactivity, Particle Detector Characterization, Silicon Photomultipliers

Il radon è un gas radioattivo, inodore, incolore e insapore; tutte caratteristiche che non lo rendono percepibile dai nostri sensi e perciò difficile da individuare e da quantificarne la presenza. Esso, derivato dal decadimento dell’uranio presente nelle rocce e nel suolo, si trova principalmente nei locali, specie quelli a diretto contatto con il suolo, come cantine e scantinati, con possibilità tuttavia di arrivare ad irradiarsi anche negli ambienti dei piani più alti. Il pericolo maggiore del gas radon è correlato all’inalazione: inspirato in quantitativi in eccesso e per periodi prolungati può infatti provocare seri danni alla salute, in particolare ai polmoni, qualificandosi come seconda causa di rischio per l’insorgenza di un tumore, dopo il fumo. La prima prevenzione per combattere questo gas è la costante areazione dei locali nei quali è riconosciuta la sua presenza

Erasmus Mundus Program: Quantus software detector’s calibration and efficiency curve

September 24th, 2021| |CAEN Experiments, Gamma Spectroscopy, Nuclear Physics and Radioactivity, Nuclear Physics and Radioactivity

Detectors need calibration before starting data acquisition in both energy and full width half maximum of the signal (FWHM). The first requires multiple known energy peaks so several gamma sources are used, while the second is related to the fact of having Gaussian distribution shapes in the spectrum centred in the peak energy instead of a sharp shape. All the spectra collected and calibration done bring the possibility of calculate the efficiency of the detector, which is a curve showing the relation between energy and efficiency. Thanks to that curve scientists are able to set the best conditions for the acquisition, as well as to determine the activity of an unknown source. Quantus is CAEN high performance software to make Quantitative Spectrometry with Hexagon digital MCA. It permits working with many spectra at the same time. Since it allows setting parameters in the hardware, collecting data and analysing them, it is a useful tool for calibration purpose.

SiPM: fotomoltiplicatore al Silicio

Prof. Massimo Luigi Maria CacciaSeptember 24th, 2021| |CAEN Experiments, Particle Detector Characterization, Particle Detectors Characterization, Silicon Photomultipliers

L’occhio può essere considerato come il primo rivelatore di radiazione luminosa, captando luce dall’ambiente esterno e trasformando questo input in un segnale elettrico che funge da impulso nervoso per il cervello. In base all’essere vivente preso in considerazione la sensibilità di questo organo e la risposta allo stimolo luminoso variano notevolmente. Con lo sviluppo della ﬁsica è comparsa l’esigenza di strumenti che fossero in grado di rilevare la radiazione luminosa, talvolta anche sotto forma di pochi fotoni (non sempre così facilmente osservabili dall’occhio umano). Un esempio signiﬁcativo riguardo questa necessità nello sviluppo ﬁsico risale allo sﬁntariscopio di Crooks (1903), uno schermo di Solfuro di Zinco che colpito da particelle α emette una debole luce. Inizialmente l’osservazione era eﬀettuata ad occhio, contando le scintille emesse osservando il fenomeno con un microscopio in una stanza buia. Nel 1944 Curran e Baker sostituirono l’occhio umano con un fotomoltiplicatore (PM) in modo da rendere la lettura più facile e con un’aﬃdabilità deﬁnita. Questo strumento è in grado di convertire un segnale luminoso in un segnale elettrico. L’ampliﬁcazione è proporzionale al segnale in ingresso.

Radiographie terrestre avec les rayons cosmiques

Jonas Hoecker, Mr. FluckigerSeptember 24th, 2021| |CAEN Experiments, Cosmic Rays, Particle Physics

Quel est le taux de rayons cosmiques en fonction de l’altitude et de la profondeur géologique? Théorie et mesures. La physique et l’astronomie en particulier sont des sciences qui me passionnent depuis quelques années et je compte poursuivre mes études dans ce domaine. Le travail de maturité est une occasion d’approfondir un sujet qui me captive vraiment et qui peut m’être utile dans le futur. Lorsqu’on nous a présenté les différentes formes de travail de maturité, je me suis interrogé sur la façon dont je souhaitais conduire mon projet: effectuer un travail de recherche en répondant à une problématique mais également mener un travail d’expérimentation me semblait intéressant. J’ai eu par conséquent l’idée de combiner la pratique et la théorie, en réalisant des mesures tout en répondant à une problématique.

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