The GAMMA Project aims to develop an innovative indirect conversion gamma detection module for nuclear physics, based on solid state detectors. The results atteined coupling SiPM detectors to a large LaBr3:Ce scintillator, a not yet explored advance in this sector , will bring innovation in spectroscopy systems for nuclear physics. The introduction of solid state detectors allows the system to be more robust, therefore suitable to space missions, and insensitive to external magnetic field. Moreover, LaBr3:Ce crystals represent the state of the art for gamma energy scintillators; they have excellent linearity, high scintillation yield (61000[ph/MeV]) and fast decay time (35 ns). The high-density integration of sensors allows to build an array of SiPM detectors and to acquire images of the scintillation event. The interaction point reconstruction is an important goal of the project, that allows for the correction of the error induced by Doppler effect. In this Master Thesis the most recent developments in the GAMMA project are shown, analyzing both the system-level electronics and the readout of the spectroscopy system. The theoretical analysis is accompanied by a large number of experimental data acquired by GAMMA system and preliminary results in image reconstruction are presented. It is morever presented the project metodology for an innovative high-dynamic-range and low-noise ASIC for gamma spectroscopy: Gain Amplitude Modulated Multichannel ASIC (GAMMA). The final part of the essay is an overview of future perspective for GAMMA project: it will be created an instrument for gamma spectroscopy not only accurately designed and characterized, but compact and practical as well.
Il progetto GAMMA mira a sviluppare un innovativo modulo di rivelazione gamma a conversione indiretta per fisica nucleare, basato su detector a stato solido. Le prestazioni ottenibili accoppiando i detector SiPM ad uno scintillatore LaBr3:Ce di grandi dimensioni, un approccio non ancora esplorato nel settore, consentiranno un avanzamento nei sistemi di spettroscopia utilizzati in misure di fisica nucleare. L'introduzione di sensori a stato solido permette di costruire sistemi per spettroscopia robusti, adatti all'uso in missioni spaziali, ed insensibili ai campi magnetici esterni. I cristalli in LaBr3:Ce, d'altro canto, rappresentano lo stato dell'arte negli scintillatori per energie gamma; offrono ottima linearità, alto guadagno di scintillazione (61000[ph/MeV]) ed un rapido tempo di decadimento (35 ns). L'elevato livello di integrazione permette inoltre di realizzare una matrice di detector ed acquisire un'immagine dell'evento di scintillazione. La ricostruzione del punto di interazione del fotone gamma nel detector costituisce un importante obiettivo del progetto, in quanto consente di correggere l'errore introdotto nella misura di spettroscopia dall'effetto Doppler. Sono illustrati in questa tesi i più recenti sviluppi del progetto, analizzando nel dettaglio sia l'elettronica di sistema che l'elettronica dedicata alla lettura del sistema di spettroscopia. Le trattazioni sono corredate da dati sperimentali acquisiti con il sistema GAMMA e sono presentati i primi risultati in termini di ricostruzione del punto di interazione. E' inoltre presentata la metodologia di progetto di un innovativo ASIC ad elevato range dinamico e basso rumore per spettroscopia GAMMA: il Gain Amplitude Modulated Multichannel ASIC (GAMMA). Il testo si conclude con una panoramica sulle prospettive future del progetto GAMMA: sarà creato uno strumento per spettroscopia gamma accuratamente progettato e caratterizzato, ma anche compatto e pratico.
Spettroscopia gamma con rivelatori SiPM accoppiati a bromuro di lantanio : progetto dell'elettronica e caratterizzazione sperimentale
BUONANNO, LUCA
2016/2017
Abstract
The GAMMA Project aims to develop an innovative indirect conversion gamma detection module for nuclear physics, based on solid state detectors. The results atteined coupling SiPM detectors to a large LaBr3:Ce scintillator, a not yet explored advance in this sector , will bring innovation in spectroscopy systems for nuclear physics. The introduction of solid state detectors allows the system to be more robust, therefore suitable to space missions, and insensitive to external magnetic field. Moreover, LaBr3:Ce crystals represent the state of the art for gamma energy scintillators; they have excellent linearity, high scintillation yield (61000[ph/MeV]) and fast decay time (35 ns). The high-density integration of sensors allows to build an array of SiPM detectors and to acquire images of the scintillation event. The interaction point reconstruction is an important goal of the project, that allows for the correction of the error induced by Doppler effect. In this Master Thesis the most recent developments in the GAMMA project are shown, analyzing both the system-level electronics and the readout of the spectroscopy system. The theoretical analysis is accompanied by a large number of experimental data acquired by GAMMA system and preliminary results in image reconstruction are presented. It is morever presented the project metodology for an innovative high-dynamic-range and low-noise ASIC for gamma spectroscopy: Gain Amplitude Modulated Multichannel ASIC (GAMMA). The final part of the essay is an overview of future perspective for GAMMA project: it will be created an instrument for gamma spectroscopy not only accurately designed and characterized, but compact and practical as well.| File | Dimensione | Formato | |
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