2D X-ray imagine detectors for the X-ray free electron laser facilities

The research is oriented to the study and development of X-ray imaging detectors suitable for the novel X-ray Free-Electron Laser (FELs) facilities that are currently being built all around the world. These new X-ray sources will produce extremely brilliant coherent X-ray pulses and open new scientific opportunities. The challenging intensity (several millions of e-h pairs/pixel), repetition rate of the X-ray source and dynamic range required at detector level, force to develop new types of 2D imaging detectors, not available today. In this work, detector architectures based on drift detector topologies and based on Depleted P-channel Field Effect Transistors (DePFETs) will be studied by means of simulations and experimental characterization of designed prototypes in order to understand the underlying physical models and identify the suitable solutions for the X-ray FEL sources. Results of complete measurement campaign by means of a high dynamic range test suite will be provided for different detectors. Algorithms for complex data analysis and detector modeling have been developed and will be extensively discussed. This research activity is conducted in the frame of an international collaboration (DSSC collaboration) which has the goal of developing a 2D imaging detector for one of the future European XFEL beamlines.

La ricerca è orientata allo studio e sviluppo di rivelatori di imaging X per i nuovi X-ray Free Electron Laser (XFEL) che sono in costruzione in tutto il mondo. Queste nuove sorgenti di raggi X produrranno impulsi X coerenti e ad elevata brillanza che apriranno nuove opportunità scientifiche. L'elevata intensità, frame rate e range dinamico richiesto da queste sorgenti X a livello di rivelatore, impongono di sviluppare nuovi tipi di rivelatori di immagini 2D non ancora disponibili al giorno d'oggi. In questo lavoro, verranno studiate mediante simulazione e caratterizzazione sperimentale, diverse architetture di rivelatori basate su topologie a deriva e su Depleted P-channel Field Effect Transistors (DePFETs), col fine di identificare le soluzioni potenzialmente idonee per le sorgenti XFEL. Verranno presentati i risultati di una completa campagna di misure sperimentali, mediante una suite di test ad alto range dinamico, su diversi prototipi di rivelatori. Sono state inoltre sviluppati nuovi algoritmi per una complessa analisi dei dati, che permetterà di arrivare a una dettagliata modellizzazione fisica del dispositivo. L'attività di ricerca è inquadrata nell'ambito del consorzio DSSC (DePFET Sensor with Signal Compression) una collaborazione internazionale tra Italia e Germania che ha l'obiettivo di sviluppare un rivelatore di immagini 2D per una delle future beamline del FEL europeo.