La Croazia espande il suo potenziale nel campo dei rivelatori di particelle e radiazioni
Per analizzare in che modo funziona l’Universo, i moderni esperimenti nel campo dell’astrofisica e della fisica nucleare e delle particelle sono fondamentali. Essi richiedono complessi sistemi di rivelatori, la cui progettazione e il cui collaudo necessitano di una profonda comprensione di fisica, elettronica e informatica. Grazie al progetto PaRaDeSEC, finanziato dall’UE, l’RBI ha modernizzato le sue infrastrutture di ricerca esistenti per la ricerca, lo sviluppo e il collaudo di rivelatori, sensori e componenti elettronici correlati. Nel 2018, a metà strada nello svolgimento del progetto, l’istituto ha inaugurato il Centro per Sensori Rilevatori ed Elettronica (CDSE, Centre for Detectors Sensors and Electronics). Il meccanismo di finanziamento ha supportato la mobilità transnazionale di cinque esperti internazionali nell’istituto RBI. Un’efficace sinergia tra i ricercatori già presenti e quelli appena assunti e la collaborazione con diversi istituti rinomati hanno accresciuto la capacità di ricerca dell’RBI. Risultati chiave In collaborazione con l'Istituto di fisica di Helsinki e con l’Università di Xiangtan in Cina, il team di progetto dell’RBI ha lavorato allo sviluppo di una nuova generazione di rivelatori semiconduttori che usa cristalli di tellururo di cadmio quale materiale del sensore per la conversione diretta della radiazione di raggi X e raggi gamma. «Questo materiale semiconduttore attenua in modo efficace la radiazione, portando a un’efficienza della rilevazione superiore persino a energie elevate. La sua alta sensibilità nella rilevazione di singoli fotoni lo rende ideale per applicazioni in immaginografia medica e sicurezza delle informazioni quantistiche», sottolinea il responsabile del progetto, il dott. Neven Soić. Il lavoro su tipi di rivelatore al silicio speciali (ad es. rivelatori a deriva di silicio e rivelatori al silicio) accoppiati con contatori a scintillazione è attualmente in corso. In collaborazione con partner provenienti da Australia, Giappone, Slovenia e Portogallo, i ricercatori stanno anche testando un rivelatore basato su carburo di silicio per una risposta veloce ai neutroni, che è destinato ad applicazioni nei controlli di sicurezza. Una notevole enfasi è stata posta sulla ricerca relativa ai rivelatori per il tracciamento delle particelle. «I rivelatori a pixel di silicio consentono di tracciare con estrema precisione i percorsi delle particelle che emergono da collisioni. Sono inoltre economicamente vantaggiosi perché prodotti con gli stessi strumenti usati per creare i circuiti integrati», spiega il dott. Soić. In particolare, il team dell’RBI era responsabile della costruzione e della calibrazione di moduli a 150 pixel che sono essenziali per l’esperimento Solenoide compatto per muoni al CERN. Questo compito è stato portato a termine in collaborazione con l’Istituto Paul Scherrer in Svizzera. «L’RBI è uno dei pochi centri nel settore della produzione di rivelatori a pixel di silicio di prossima generazione», aggiunge il dott. Soić. Altre attività si sono concentrate sullo sviluppo di componenti elettronici migliorati per il display del rivelatore. «Gli effetti da singolo evento (SEU, single event upset) sono causati da particelle ionizzanti o fotoni ad alta energia che sbattono contro i circuiti elettronici e cambiano il loro stato. Anche se gli stessi SEU non sono dannosi in modo permanente per la funzionalità del circuito, si trovano in enormi quantità vicino agli ambienti di potenti acceleratori di particelle come ad esempio il grande anello di collisione per adroni», evidenzia il dott. Soić. Un grande impatto PaRaDeSEC ha consentito all’RBI di ottenere un grande numero di strumenti importanti per i laboratori di ricerca e rimodellizzazione, tra cui la creazione di condizioni controllate di pulizia, temperatura e umidità dell’aria, il miglioramento della stabilità del sistema elettrico e la riduzione del livello di rumore elettronico. Questi rendono possibile la caratterizzazione e il collaudo di una nuova generazione di rivelatori con caratteristiche notevolmente superiori rispetto a quelli attualmente usati per la ricerca al CERN. I progressi del progetto portano benefici non solo alla fisica nucleare e delle particelle, ma anche alla ricerca applicata in scienza dei materiali, ingegneria, medicina e scienze ambientali. Le attività del centro di recente istituzione CDSE, stabilito nell’RBI, aiuteranno anche l’imminente progetto O-ZIP, che è collegato a PaRaDeSEC. PaRaDeSEC migliorerà notevolmente la reputazione dell’RBI nella comunità scientifica internazionale e incrementerà la sua partecipazione a progetti internazionali.
Parole chiave
PaRaDeSEC, Ruđer Bošković Institute (RBI), rivelatore a pixel di silicio, sensore, effetto da singolo evento (SEU), CERN, Croazia, Centro per Rilevatori Sensori ed Elettronica (CDSE), rivelatore di radiazioni, Solenoide compatto per muoni
