From Livio.Lanceri@ts.infn.it Fri Apr 22 10:51:47 2005 Date: Wed, 6 Apr 2005 21:33:42 +0200 (CEST) From: Livio Lanceri To: Marco Budinich Cc: Walter Manzon , Maria Grazia de Gravisi , Livio Lanceri Subject: Re: Discriminatore Ho aggiunto un'altra busta (sempre indirizzata a Manzon) nella casella di Marco: ci sono le fotocopie di una selezione di pagine del Leo, riguardanti la parte elettronica, in particolare p.249-255: segnali e impulsi in generale p.257-261: lo standard NIM (in pratica: "fast-negative", vedi prime righe p.261) p.263-276: trasmissione segnali, cavi coassiali (in pratica: terminazione cavi coassiali, p.270) p.286-287: linee di ritardo e discriminatori p.294-295: scalers (scale) e coincidenze p.310-313: tecnica per le coincidenze, valutazione coincidenze casuali (p.317-324: logica booleana e trigger: solo per completezza) Mando un promemoria sulle cose da fare, adesso che sono ancora "caldo", nei prossimi giorni rischio di distrarmi! 1. lavoro preliminare "prima approssimazione", con contatori orizzontali e sovrapposti: - aggiustare soglie (50 mV) e larghezze (p.es. 50 ns per cominciare, poi si possono stringere p.es. a 20 ns) di 4 discriminatori (megli aggiustare le lunghezze usando l'impulsatore fatto con la "timing unit" per vedere piu` facilmente i segnali) - collegare le uscite dei fotomoltiplicatori (alimentati a circa 1800 V) agli ingressi dei discriminatori, verificare che ci siano i segnali in uscita (con oscilloscopio e poi scale) - per ogni coppia di PM relativi a uno stesso scintillatore, collegare le uscite dei discriminatori ad una unita` di coincidenza; verificare che ci sia l'uscita (con oscilloscopio e poi scale) - collegare le uscite dei due discriminatori e della loro coincidenza a tre scale, controllare che i conteggi siano "ragionevoli" - predisporre la "coincidenza delle coincidenze", interponendo su una delle linee (quella del segnale che arriva prima) una linea di ritardo formata dal terzo cavo coassiale lungo (circa 250 ns) disponibile, per riallineare i segnali i tempo; N.B.:dopo una linea di ritardo molto lunga, che distorce e attenua il segnale, conviene riformare il segnale logico con un discriminatore (ritardo interno: circa 10 ns), e per gli aggiustamenti fini si puo` aggiungere una scatola di ritardi calibrati. - aggiustare il ritardo di una delle due coincidenze mandate alla "coincidenza delle coincidenze" ad occhio, con l'aiuto dell'oscilloscopio 2. lavoro preliminare "seconda approssimazione": - registrando i conteggi dei singoli PM e delle coincidenze, variare la tensione di ogni PM (uno alla volta) orientativamente da 1500 a 2000 V (o qualcosa di piu`) per determinare la buona tensione di lavoro, cioe` il guadagno del PM necessario perche` gli impulsi di particelle "vere" passino la soglia del discriminatore (vedi Leo, p.209-213 "curve di plateau"; la coincidenza non e` indispensabile, ma aiuta a trovare il "ginocchio" del "plateau") NB: quando la tensione varia, il ritardo interno del PM varia di qualche ns ogni 100 V, ma la coincidenza non da` problemi se i segnali logici in ingresso sono abbastanza lunghi, p.es. 50 ns - trovata la tensione di lavoro ottimale (che sospetto sara` attorno ai 1800 V), si possono minimizzare le coincidenze casuali stringendo i segnali dei discriminatori (p.es. a 20 ns) e poi ottimizzare i ritardi con "curve di ritardo" (Leo p.310-313) valutare e verificare la frequenza delle "coincidenze casuali" corrispondenti ai conteggi in singole e alla larghezza scelta per gli impulsi (Leo, p.313). 3. Misure vere e proprie: - (vedi anche Melissinos p.399 etc) al livello del mare nei raggi cosmici sopravvivono principalmente una componente "penetrante" (muoni, circa il 75%) e una componente "soffice" (elettroni, positroni e fotoni gamma); il flusso e` circa 100 particelle / (m^2 sr s), la distribuzione angolare va circa come (cos(theta))^2, dove theta e` l'angolo rispetto alla verticale; integrando su tutti gli angoli, il flusso e` circa 240 particelle / (m^2 s) - dati piu` dettagliati sulla composizione dei raggi cosmici, sulle energie delle particelle primarie, sulle caratteristiche degli sciami etc. sono riassunti p.es. nel PDG, sezione astrofisica e cosmologia: http://pdg.lbl.gov/2004/reviews/cosmicrayrpp.pdf - come prime misure per quest'anno, suggerirei: - contatori orizzontali, sovrapposti: verifica conteggi al secondo per m^2, eventualmente con diverse schermature per trovare la percentuale della componente penetrante (p.es. su un balcone all'aperto? nell'edificio in un piano alto? in cantina oppure sotto qualche blocco di ferro o cemento??) - contatori orizzontali, separati verticalmente di un paio di metri, ma allineati: trovare i conteggi per steradiante sulla verticale - mantenendo la configurazione geometrica, ma ruotata progressivamente dalla verticale all'orizzontale: verificare la legge empirica cos^2(theta) - come suggerito da Melissinos (p.400-401), disponendo i due contatori sullo stesso piano orizzontale, ma separati di alcuni metri, si possono valutare i conteggi dovuti a sciami estesi, che ci si aspetta siano due ordini di grandezza in meno (come frequenza) rispetto alle particelle singole Nota_1: sottrarre le coincidenze casuali!!! vedi lavoro preliminare; per questa misura vale la pena di monitorare le coincidenze casuali contando simultaneamente una coincidenza artificialmente regolata "fuori tempo". Nota_2: con contatori separati e allineati, la stessa particella relativistica li attraversa con un ritardo relativo di circa 3 ns ogni metro di separazione; un aggiustamento dei ritardi nella coincidenza e` necessario solo se i segnali logici sono formati molto stretti e se la separazione fra i contatori viene aumentata oltre un paio di metri. Queste misure permettono di rispondere a domande semplici ma interessanti: - quanti raggi cosmici ci attraversano per secondo? - riusciamo a fermarli prima che ci attraversino? - c'e' evidenza che almeno in alcuni casi si tratti dei prodotti finali di sciami estesi originati da particelle di altissima energia? - come faccio a capirlo? Non mi avventurerei per il momento in misure piu` sofisticate con raggi cosmici, che richiedono altra strumentazione e interpretazione piu` complicata. Saluti a tutti e ancora complimenti per il vostro liceo e i vostri laboratori! Livio Lanceri PS a scopo didattico, cerchero` di procurare un contatore "smembrato" nelle sue parti. Mi viene anche in mente che la fisica sperimentale e` per lo piu` un lavoro d'equipe, nella quale la preparazione dello strumento prende buona parte delle energie; da questo punto di vista, se vi sembra fattibile, potrebbe essere interessante per gli studenti non fare solo la misura finale, ma anche un po' del lavoro preliminare suddividendoselo per gruppi e presentandolo poi nella relazione finale comune. Da qui al 20 cerco di preparare un po' di materiale illustrativo per motivare l'interesse dei raggi cosmici. On Wed, 6 Apr 2005, Marco Budinich wrote: > Carissimi, ho trovato un discriminatore a 8 canali funzionante e lo > lascio in una busta, indirizzata a Manzon, nella mia casella di posta > qui al primo piano del dipartimento di fisica. Se domani o venerdì c'è > uno studente che viene a Pordenone può prenderla e portarvela. Ciao a > presto, Marco Budinich > -- ---------------------------------------------------------------- Livio Lanceri - Universita` di Trieste and INFN Dipartimento di Fisica, Via A.Valerio, 2; I-34127 Trieste, Italy e-mail: lanceri@ts.infn.it, lanceri@slac.stanford.edu tel.(Univ.) +39-040-558-3382 fax(Univ.) +39-040-558-3350 tel.(INFN): +39-040-375-6260 fax(INFN): +39-040-375-6258 tel.(SLAC): 001-650-926-8510 fax(SLAC): 001-650-926-3882