Sviluppo di rivelatori per spettroscopia gamma in applicazioni spaziali

Il lavoro di tesi qui presentato si contestualizza nell'ambito del progetto commissionato al Politecnico di Milano dall’ESA, che ha come scopo finale lo sviluppo di uno spettrometro gamma per osservatori di astrofisica su satellite. Tale spettrometro è basato sull’accoppiamento di un cristallo scintillatore LaBr3:Ce cilindrico, 3” di diametro per 3” di altezza, con matrici di fotorivelatori Silicon Drift Detector (SDD), proposti come alternativa ai convenzionali tubi fotomoltiplicatori. Obiettivo primario del progetto è la rivelazione di eventi gamma in un range energetico esteso (150 keV – 15 MeV), con una risoluzione del 3% all’energia di riferimento 662 keV. Il lavoro da me svolto, all’interno di questo progetto, ha riguardato principalmente lo sviluppo di un appropriato setup con cui ho potuto effettuare i primi test per la caratterizzazione degli SDD e un’estesa campagna di misure spettroscopiche sia su rivelatori singoli che su matrici. Il setup è stato progettato rispettando alcuni vincoli dovuti alle caratteristiche del dispositivo di rivelazione, che deve essere in grado di operare in totale assenza di luce. In particolare ho prestato attenzione allo sviluppo di un opportuno sistema di raffreddamento, necessario per ottimizzare le prestazioni dei rivelatori. Ho inoltre disegnato le schede elettroniche che provvedono al filtraggio delle tensioni di alimentazione e alla polarizzazione dei rivelatori. E’ da evidenziare in questo lavoro la caratterizzazione di fotorivelatori SDD di grandi dimensioni, sui quali si sono ottenuti risultati di grande interesse. E’ inoltre stata sperimentata una differente polarizzazione degli SDD che non impiega l’elettrodo di back, che funge da finestra d’ingresso del rivelatore. La polarizzazione adottata fa uso, infatti, di soli elettrodi sul lato opposto, facilitando quindi l’accoppiamento ottico dello scintillatore sulla finestra di ingresso del SDD, ora priva di bonding. Con i primi test di spettroscopia gamma sul singolo rivelatore da 8 mm di lato, si sono ottenute risoluzioni energetiche inferiori al 3% per energie di 662 keV. Tali risultati, in linea o anche superiori allo stato dell’arte, costituiscono un buon punto di partenza per lo sviluppo futuro del progetto.