X-ray detection systems for advanced light sources

The doctorial activities aim at studying novel detection systems for X-ray imaging and X-ray spectroscopy applications at new advanced light sources (i.e. 3rd generation Synchrotrons and Free Electron Lasers, FELs). Due to their unprecedented brilliance, coherence and time properties, the novel X-ray facilities require an improvement step in several key features of the detection systems (e.g. dynamic range, speed, signal-to-noise-ratio) in order to fully exploit their potential. The research effort has been focused to R&D of silicon drift detector (SDD) topologies for both X-ray imaging and X-ray spectroscopy along three lines: (i) Development of Multi-Linear Silicon Drift Detector for X-ray imaging at high injection level and up to MHz frame frequencies; (ii) Development of integrated charge injection devices for precise and on-line calibration of large format X-ray imagers; (iii) Development of a high-resolution X-ray spectroscopy system for the TwinMic beamline at Sincrotrone ELETTRA Trieste (Italy) based on a monolithic array of SDD cells (INFN ReDSoX/ReDSoX2 experiment & EUROFEL project).

L’attività di ricerca del dottorato si è concentrata sullo studio di nuovi sistemi di rivelazione finalizzati ad esperimenti di imaging e di spettroscopia di raggi X per le sorgenti di luce di sincrotrone di ultima generazione attualmente in fase di sviluppo in Europa e nel mondo - cioè sincrotroni di terza generazione e il laser ad elettroni liberi (Free Electron Laser, FEL). A causa dell’eccezionale miglioramento delle proprietà del fascio in termini di brillanza, di coerenza e di risoluzione temporale, le sorgenti di raggi X di ultima generazione richiedono un salto di prestazione nelle principali caratteristiche dei sistemi di rivelazione (per esempio gamma dinamica, velocità, rapporto segnale-rumore), al fine di sfruttare pienamente il loro potenziale. La ricerca è stata focalizzata sullo sviluppo di nuove topologie di rivelatori a deriva in silicio (silicon drift detector, SDD) sia per applicazioni di imaging di raggi X che per spettroscopia di raggi X seguendo tre linee di azione: (i) Sviluppo di un rivelatore a deriva multi-lineare in silicio (Multi-Linear Silicon Drift Detector, MLSDD) per imaging X fino ad alti livelli di carica generata e frequenze di quadro fino al MHz; (ii) Sviluppo di dispositivi integrati di iniezione di carica per la calibrazione accurata e in tempo reale di rivelatori di immagini a raggi X di grande formato; (iii) Sviluppo di un sistema di spettroscopia a raggi X ad alta risoluzione per la beamline TwinMic presso il Sincrotrone ELETTRA Trieste (Italia) basato su un array monolitico di celle SDD (INFN esperimento ReDSoX/ReDSoX2 e EUROFEL progetto).