Experimental insights into high-energy Gamma Ray Detection

The Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) collaboration aims to enhance gamma-ray observation capabilities in the southern hemisphere, specifically targeting gamma-ray sources with energies exceeding 100 GeV. This thesis presents the significant contributions and activities undertaken at Politecnico di Milano in support of the SWGO project. The primary focus includes the integration of a photomultiplier inside a full-size cylindrical tank filled with purified water. This involves a detailed description of the water purification system, assessment of light-tight covers for the tank top, and the manufacturing of essential support equipment. The setup for data acquisition and the presentation of early results are also covered comprehensively. In addition, the thesis highlights the development of a muon telescope designed to accurately identify muons using a hybrid detection system comprising scintillating tiles and photomultiplier tubes. Detailed methods for characterizing the tiles' efficiencies are discussed, including precise measurement techniques and the presentation of the ground muon fluence distribution model. The report underscores the importance of validating the detector's performance through cross-checking methods, ensuring accurate muon detection. The global fluence of muons hitting the ground is estimated to be 114 muons/m²/s. The final sections address the development of a friction-based clamp method for the handwheel of the lifting mechanism to be used on the field. This includes a description of the analytical and Finite Element methods used to validate the solution. Additionally, the manufacturing process of the supporting cross for the top of the tank and its assembly is illustrated.

La collaborazione Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) mira a potenziare le capacità di osservazione dei raggi gamma nell'emisfero meridionale, con particolare attenzione alle sorgenti di raggi gamma con energie superiori a 100 GeV. Questa tesi presenta i contributi significativi e le attività intraprese dal Politecnico di Milano a sostegno del progetto SWGO. L'obiettivo principale è l'integrazione di un fotomoltiplicatore all'interno di una tank cilindrica di dimensioni reali riempito di acqua purificata. Ciò comporta una descrizione dettagliata del sistema di purificazione dell'acqua, la valutazione di coperture a tenuta di luce per la parte superiore del serbatoio e la produzione di attrezzature di supporto essenziali. Anche la configurazione per l'acquisizione dei dati e la presentazione dei primi risultati sono trattate in modo esauriente. Inoltre, la tesi evidenzia lo sviluppo di un telescopio per muoni progettato per identificare con precisione i muoni utilizzando un sistema di rivelazione ibrido che comprende scintillatori e tubi fotomoltiplicatori. Vengono discussi i metodi dettagliati per caratterizzare l'efficienza degli scintillatori, comprese le tecniche di misurazione precise e la presentazione del modello di distribuzione della fluenza dei muoni al suolo. Il rapporto sottolinea l'importanza di convalidare le prestazioni del rivelatore attraverso metodi di controllo incrociato, per garantire un'accurata rilevazione dei muoni. La fluenza globale dei muoni che colpiscono il suolo è stimata a 114 muoni/m²/s. Le sezioni finali riguardano lo sviluppo di un metodo di bloccaggio basato sull'attrito per la manovella del meccanismo di sollevamento da utilizzare sul campo. La sezione include una descrizione dei metodi analitici e degli elementi finiti utilizzati per convalidare la soluzione. Inoltre, viene illustrato il processo di produzione della croce di supporto per la parte superiore della tank e il suo assemblaggio.