ˇcecco/infn/infn/corel/re1.pdfIl rumore elettronico influenza tutti i tipi di misura: Rivelazione...

36
!!" # # $ %

Transcript of ˇcecco/infn/infn/corel/re1.pdfIl rumore elettronico influenza tutti i tipi di misura: Rivelazione...

  • ���������������������������������

    ��������������������

    ������ �����

    ���������������������������������������������������������������������

    ���������� ���������� ������� ����!!"

    ������#��������#����������������

    $�����%�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ������

    ��������������)���������������������������������

    �*�����������������������������������

    �+��������������

    ��������������)���������������������������������

    �*�����������������������������������

    �+��������������

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ������������'��������������������������������'��������������������

    �Acquisizione di segnali elettrici dal rivelatore(tipicamente un breve impulso di corrente)

    �Formatura del segnale in modo da ottimizzare:minimo segnale rivelabile (detect hit/no hit)misura di energia (ampiezza del segnale)event ratemisura del tempo di arrivo

    �Conversione analogico-digitale

    �Memorizzazione, digital processing

    �Acquisizione di segnali elettrici dal rivelatore(tipicamente un breve impulso di corrente)

    �Formatura del segnale in modo da ottimizzare:minimo segnale rivelabile (detect hit/no hit)misura di energia (ampiezza del segnale)event ratemisura del tempo di arrivo

    �Conversione analogico-digitale

    �Memorizzazione, digital processing

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ������������������������������������

    Sono basate sullo stesso principio:

    � Le particelle depositano energia in un assorbitore e creano portatori di carica mobili (coppie di cariche positive e negative)

    � Il campo elettrico applicato al rivelatore muove i portatori di carica verso gli elettrodi e induce un segnale di corrente

    Sono basate sullo stesso principio:

    � Le particelle depositano energia in un assorbitore e creano portatori di carica mobili (coppie di cariche positive e negative)

    � Il campo elettrico applicato al rivelatore muove i portatori di carica verso gli elettrodi e induce un segnale di corrente

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#����%#����

    L’accuratezza nella misura del segnale è limitata da fluttuazioni.

    �Fluttuazioni statistiche della carica generata nel rivelatore�Rumore elettronico nella catena di elaborazione del segnale

    Il rumore elettronico influenza tutti i tipi di misura:

    �Rivelazione della presenza di un hit.Il rumore determina il valore minimo di soglia. Se la soglia è troppo bassa, dominano gli hit spuri.

    �Misura di energiaPer effetto del rumore, l’ampiezza del segnale fluttua in modo statistico.

    �Misura di tempoIl rumore altera la dipendenza temporale del segnale.

    L’accuratezza nella misura del segnale è limitata da fluttuazioni.

    �Fluttuazioni statistiche della carica generata nel rivelatore�Rumore elettronico nella catena di elaborazione del segnale

    Il rumore elettronico influenza tutti i tipi di misura:

    �Rivelazione della presenza di un hit.Il rumore determina il valore minimo di soglia. Se la soglia è troppo bassa, dominano gli hit spuri.

    �Misura di energiaPer effetto del rumore, l’ampiezza del segnale fluttua in modo statistico.

    �Misura di tempoIl rumore altera la dipendenza temporale del segnale.

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#��������������%#��������������

    �*�����,�)������������������-���������)��������������������������������������������������-�������������������������������������������������������.��������������������������-�

    ��/ ���������������������������������������0�������1��-��-�����������������)�����)������)���������2������/�����������������������������������������������������������������������������������������������3�

    �4������������������5 ������������������������������)���������������)������0+�����������������������������!��������������������������������������!����61

    �*�����,�)������������������-���������)��������������������������������������������������-�������������������������������������������������������.��������������������������-�

    ��/ ���������������������������������������0�������1��-��-�����������������)�����)������)���������2������/�����������������������������������������������������������������������������������������������3�

    �4������������������5 ������������������������������)���������������)������0+�����������������������������!��������������������������������������!����61

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#��������������%#��������������

    � �������������)�������������&������������������������/��&���������������0������&��������������������������!�������&�������������������������������!����61��-�!���������������!����������������������/���������������-�����)�������������-��������3�

    � ��������������������������������������5 ����������/�������������������������������!���������������������!���5 ������������&&���������������&�����!�������������������������������������������/�����)���������������&���!��������-�����������������������3�

    � �������������)�������������&������������������������/��&���������������0������&��������������������������!�������&�������������������������������!����61��-�!���������������!����������������������/���������������-�����)�������������-��������3�

    � ��������������������������������������5 ����������/�������������������������������!���������������������!���5 ������������&&���������������&�����!�������������������������������������������/�����)���������������&���!��������-�����������������������3�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#��������������%#��������������

    ����-7 ���������. ��)��������������������!�������5 �������������������������������������������������)�����/��!����������������&���������������������������2��������������������������������� ���������-���������������2������������������������ ������������������3�

    ����-7 ���������. ��)��������������������!�������5 �������������������������������������������������)�����/��!����������������&���������������������������2��������������������������������� ���������-���������������2������������������������ ������������������3�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ������������������������������������

    ��/ ����&������)���������������� ���������-�����������������������������������������������0��������������1�

    ������������������������������������������������������0���������������13�

    ��/ ����&������)���������������� ���������-�����������������������������������������������0��������������1�

    ������������������������������������������������������0���������������13�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ����������������������(�������������������������(���

    �������������������� ����������� ���������-��0���������!�������2�������������!����61����������� �������3�

    ������������(����� ����������� ���������-������������������������������������������������)������-��������������������&��������������������������

    0�������/�������,���������������13

    4���������� ���������-���-�������������/����������������������������)��������������������������2�������������������/����������������������������������/�������������������&����������������������������������)������3

    ����-7 �������������������!����������������������0�������/�����13

    �������������������� ����������� ���������-��0���������!�������2�������������!����61����������� �������3�

    ������������(����� ����������� ���������-������������������������������������������������)������-��������������������&��������������������������

    0�������/�������,���������������13

    4���������� ���������-���-�������������/����������������������������)��������������������������2�������������������/����������������������������������/�������������������&����������������������������������)������3

    ����-7 �������������������!����������������������0�������/�����13

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    )�����������) �����������

    �$���������

    �$�����*#�������������

    �#���������#�������������

    ��8��������.��/���������������������������!���8���������������)����������������������������������������������τ ����������������������τ ,�'3

    �$���������

    �$�����*#�������������

    �#���������#�������������

    ��8��������.��/���������������������������!���8���������������)����������������������������������������������τ ����������������������τ ,�'3

    ����0�1#9

    :����0�1

    9

    99 �−∞→=

    ���0�1�#9

    :���0�1�

    9

    9

    #

    9

    #

    �−∞→=

    ( ) ��������������

    ����������

    ��� �−∞→ +=+= τττ

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    #���������#������������#���������#������������

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %����������(�����#����%����������(�����#����

    ;��/�����������������)�������.��������������������������������������+3

    ;��/�����������������)�������.��������������������������������������+3

    0�1�

    +

    +

    #

    =

    ���������0�1�����������������������������������������������������������!���������������������������������������������������������)��2����3

    ���������0�1�����������������������������������������������������������!���������������������������������������������������������)��2����3

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    +����,�������������������+����,�������������������

    +��������-���������������������������������)�����

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    )�#9

    10��)����1�01���-7 1�,��9@0>1

    �−ω=ω

    9

    9

    �=�99 )�0�1�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    +����,�������������������+����,�������������������

    +����)������������ ������������������������������&�������������

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    +����,�������������������+����,�������������������

    4�������� �������������������. ���)������������4�������� �������������������. ���)������������

    10��10�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    -��(�������#����-��(�������#����

    [ ]D�E�)

    �� ##

    [ ]D�;�)

    �� ##

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    .���'�����������

    �������,������������

    �#����������������#�������������

    .���'�����������

    �������,������������

    �#����������������#�������������

    E�0�1�����������������������/���������������������������)��������

    ����)�������90�1!��������� �������������������+�0ω1E�0�1���������������������������������������������!��������� �������������������+�0ω1

    E�0�1�����������������������/���������������������������)��������

    ����)�������90�1!��������� �������������������+�0ω1E�0�1���������������������������������������������!��������� �������������������+�0ω1

    +����������������������-��-���������������)����������������������������������������������&����

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    .���'�����������

    �������,������������

    �#����������������#�������������

    .���'�����������

    �������,������������

    �#����������������#�������������

    ( ) ��������� �� ωωω ⋅=

    ( ) 10+�=910+ �#� ω⋅ω=ω

    ���������-������������������+�0>1!����������2�������������������������������������������������������/����������

    ���������-������������������+�0>1!����������2�������������������������������������������������������/����������

    1�)0+0�1E'�

    #� ω= �

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    +#�����(�������#�������#�������������+#�����(�������#�������#�������������

    +����������������0������������������������1�+����������������0������������������������1�

    ( ) ( ) 10+�=9��10+�=910+ ##

    �!#:

    #

    �!:� ω⋅ω+ω⋅ω=ω

    +���������������0F:#0>1�,������� ���������������1�+���������������0F:#0>1�,������� ���������������1�

    ( ) ( )( ) ( )[ ]ω⋅ω⋅ω+

    +ω⋅ω+ω⋅ω=ω

    =9=910F#*����

    ��10+�=9��10+�=910+

    @�!#�!::#

    #

    #

    �!#:

    #

    �!:�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    �����������'������(�������#���������������'������(�������#����

    1�0E:

    1�0E#

    ( ) #:###:##: EE#EEEE ++=+

    E����&��������������E����&�������������� ( ) ( )'EEEEEE #:###:##: =+=+�����������������0E: ,�E#1

    �����������������0E: ,�E#1

    ( ) #:##: E(EE =+

    �������������������������������������� ( ) #:##:###: E(EEEE ≤+≤+

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    -��(�������#����-��(�������#����

    �*��������������0+-�����1�

    �*�����������

    �*�����:G)

    �*�����4������

    �*��������������0+-�����1�

    �*�����������

    �*�����:G)

    �*�����4������

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#�����(���#���%#�����(���#���

    4��������������. ����������������2���������� �������������

    ���������3

    �/ �����������������������������������������������2����

    ������������������������������������������������-��

    ����������������&��������������������0�����������

    �������������������������������1!�����������������

    �������������������������3

    4��������������. ����������������2���������� �������������

    ���������3

    �/ �����������������������������������������������2����

    ������������������������������������������������-��

    ����������������&��������������������0�����������

    �������������������������������1!�����������������

    �������������������������3

    2#�)

    ��# =

    �,����������������������

    2�,������������/��������02�,�:3H�3�:'�:%�1�

    �,����������������������

    2�,������������/��������02�,�:3H�3�:'�:%�1�

    %#����� ����

    /�����, ����������������������

    ��'��*#����0�

    %#����� ����

    /�����, ����������������������

    ��'��*#����0�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#�����(���#���%#�����(���#���

    ����������������������������������������������������������� .���

    ������������3�4�����������������������������.��������������2�����

    ���������������������������23δ0�13

    ����������������������������������������������������������� .���

    ������������3�4�����������������������������.��������������2�����

    ���������������������������23δ0�13

    1�021�0) δ⋅=

    λ⋅== 21�0� λ ,�)��2��������������������������������,�G2�λ ,�)��2��������������������������������,�G2�

    4��)��������������0�1�������������������������������������

    ��������3�4�����������������. �������0��������������1�

    4��)��������������0�1�������������������������������������

    ��������3�4�����������������. �������0��������������1�

    ( ) 2#2#=�#10+ ## ⋅=⋅λ=ω⋅λ=ω

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#�����������%#�����������

    ���������������������. ��������������������������-������

    �))��������/�����������������-��������2��������������

    ������������� �������������3��������!������))����������

    ���������������������������������������. ���������3�

    +�����������)3�3�3�����������-����5 ���������-�����������

    �����������������������������������������3

    4/���������������������� �����������������������������

    ���������5 ���������������������������������

    I

    ��������������9����������������������������

    �2���������������/����������������3�

    ���������������������. ��������������������������-������

    �))��������/�����������������-��������2��������������

    ������������� �������������3��������!������))����������

    ���������������������������������������. ���������3�

    +�����������)3�3�3�����������-����5 ���������-�����������

    �����������������������������������������3

    4/���������������������� �����������������������������

    ���������5 ���������������������������������

    I

    ��������������9����������������������������

    �2���������������/����������������3�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#�����������%#�����������

    �/ �������������������������������������������.

    ������������������������������������������������3

    0������������������������������������ ��������������������

    ��2������������/�����������������������. ���������

    �)��������������� ���������/����������������13

    �/ �/�����)������������������������������������������3

    �/ �������������������������������������������.

    ������������������������������������������������3

    0������������������������������������ ��������������������

    ��2������������/�����������������������. ���������

    �)��������������� ���������/����������������13

    �/ �/�����)������������������������������������������3

    9�,��������������������

    J�,����������������� 0J�,�:3KL�3 :'�#KMGN1�

    9�,��������������������

    J�,����������������� 0J�,�:3KL�3 :'�#KMGN1�

    J9*(�)

    ��#* =

    *

    *

    J9(

    �)

    ��#* =*

    O��������9-����O��������9-���� O�����������O�����������

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#���� ����������

    ��������������������

    %#���� ����������

    ��������������������

    *�������������������2��������������������������

    ���������������������������������������2�����

    ������3�C�����������. �������)������������������������

    �������������������)�������������. ������������������

    �������� ����������:G)3

    *�������������������2��������������������������

    ���������������������������������������2�����

    ������3�C�����������. �������)������������������������

    �������������������)�������������. ������������������

    �������� ����������:G)3

    )

    *

    J9(

    �)

    �� ##* α+=*

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#������������������������������

    ������

    %#������������������������������

    ������

    +������)���������������0��-���������� �������������������

    �����3�������J�������������������1���������������������������

    �������������3

    +������)���������������0��-���������� �������������������

    �����3�������J�������������������1���������������������������

    �������������3

    ������������������������0δ ,���������������1��������������������������0δ ,���������������1��

    +� �'εε=

    P�

    PP�PP

    �P��

    ��=εε=δε−ε=ε

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    C������/��������������������������������.��C������/��������������������������������.��

    ����=

    :

    +

    +=

    :Q

    PP�'

    P�'

    � ⋅δ⋅ω+ω=

    εωε+εωε=

    %#������������������������������

    ������

    %#������������������������������

    ������

    +����δ RR�:�+����δ RR�:�

    �=

    :

    ��Q� ω

    δ=

    O����������������������������O���������������������������� ���

    ωδ

    �=

    :

    ω

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ;���������������������������������������������������������������!��������� ��������������������

    ;���������������������������������������������������������������!��������� ��������������������

    %#������������

    �������������������������

    %#��������������/�����,����������������12'0

    %#������������

    �������������������������

    %#��������������/�����,����������������12'0

    ��J9(

    �)

    �� #

    ωδ=

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ����&�������������:G)������������))����������)��������������������������������!�����))��������������)�����������������������������!����3�

    ��������:G)�. ��������������������)������������������������������ ����������-���/����������������)����

    ����&�������������:G)������������))����������)��������������������������������!�����))��������������)�����������������������������!����3�

    ��������:G)�. ��������������������)������������������������������ ����������-���/����������������)����

    %#�����12'%#�����12'

    α= )

    J�)

    �� &

    )

    #

    �������. �����������������!�J: . ������������������������������������!�α . �����������������������������:3��������. �����������������!�J: . ������������������������������������!�α . �����������������������������:3�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ������������������������������������������������������ �������������

    �����������������������������)��������������3�4��������������������������������������∆��������������3

    ������������������-������������������������2�����������������������������������������������������&�����-������*����9�������-�+�����0*9+13�S�����������. ������������������������������������τQ ,�:G#ν!�����ν . ���������������������������������)����������������3

    ������������������������������������������������������ �������������

    �����������������������������)��������������3�4��������������������������������������∆��������������3

    ������������������-������������������������2�����������������������������������������������������&�����-������*����9�������-�+�����0*9+13�S�����������. ������������������������������������τQ ,�:G#ν!�����ν . ���������������������������������)����������������3

    %#�����3���������%#�����3���������

    �'3#

    '

    '3#

    '3(

    '3H

    '3L

    :

    :3#

    ' $' :'' :$' #''

    -�#�����������#������4���'���

    /%.-��#�����0

    ∆∆ ∆∆ ��5�67

    .���5��7

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    4�������� ������������������������������������������*9+�-�����)����4�������� ������������������������������������������*9+�-�����)����

    %#�����3���������%#�����3���������

    ( ) ( )#Q##Q#

    #Q

    #Q#

    #4

    )(:

    (�

    :

    (�

    �)

    ��

    τπ+τ∆=

    τω+τ∆=

    C������������������������)��2�����. ���������������������������

    ������������������������������)�����������������������0M��9!�OS+��9���������������13

    C������������������������)��2�����. ���������������������������

    ������������������������������)�����������������������0M��9!�OS+��9���������������13

    Q#

    :

    πτ

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    ����������������/������������������OS+��9��������������

    ������������������������������������������������������������������������������������/�������������������������������)����T3�4�����������������&&������������������0τ' ��γ �������������������������������1�

    ����������������/������������������OS+��9��������������

    ������������������������������������������������������������������������������������/�������������������������������)����T3�4�����������������&&������������������0τ' ��γ �������������������������������1�

    %#�����12'����������������������

    ��������3��������

    %#�����12'����������������������

    ��������3��������

    ( ) ):

    (

    ;���

    :

    :

    (

    ;��

    �)

    �� �#

    Q' #

    Q#

    �##

    )G: ⋅γ

    ∆=ττω+πγ

    ∆= �∞

    T'Q �

    γτ=τ

    �2������������������ ����������������������������������������&���������������������������)���� 0�����������������������������������13�+�������-����������� �����������������������������)���� 0�� ,������� ����������!�;�,�������������-�������������1�

    �2������������������ ����������������������������������������&���������������������������)���� 0�����������������������������������13�+�������-����������� �����������������������������)���� 0�� ,������� ����������!�;�,�������������-�������������1�

  • ������������������������������������������������������������������������� !������" �����!�#$�" #%���&���#''(

    %#�����12'����������������������

    ��������3��������

    %#�����12'����������������������

    ��������3��������