Attivita’ MAP presso IAPS/INAF

CDR 28/02/2012 ASI

Descrizione delle attivita’

Le attivita’ svolte dall’ IAPS di Roma sono :• Up-grading della facility di calibrazione.• Studio delle tecniche di fascio inclinato per

derivare le prestazioni dei rivelatori in funzione dell’altezza di conversione.

• Misure su prototipi di polarimetri con GEM di grande superficie (90 x 90 mm).

• Sviluppo di software

IAPS-Rome facility for the production of polarized X-rays

keV Crystal Line Bragg angle1.65 ADP(101) CONT 45.02.01 PET(002) CONT 45.02.29 Rh(001) Mo Lα 45.32.61 Graphite CONT 45.03.7 Al(111) Ca Kα 45.94.5 CaF2(220) Ti Kα 45.45.9 LiF(002) 55Fe 47.66.4 Si(400) FeK α 45.58.05 Ge(333) Cu Kα 45.0

9.7 FLi(420) Au Lα 45.1 17.4 Fli(800) Mo Kα 44.8

Facility at IASF-Rome/INAF Close-up view of the polarizer and the Gas Pixel Detector

Capillary plate (3 cm Ø) Aluminum and Graphite crystals.

Spectrum of the orders of diffraction from the Ti X-ray tube and a PET crystal acquired with a Si-PiN detector by Amptek

(Muleri et al., SPIE, 2008)

PET

ADP: NH4H2PO4 PET : C10H8O4

Attivita’ di up-grading della facility• Il polarizzatore e il porta-cristalli sono stati riprodotti in ottone per minimizzare la

trasmissione dei raggi X quando la tensione dei tubi e’ elevata.• Sono stati individuati e acquisiti due nuovi tubi e due nuovi cristalli per produrre radiazione

polarizzata a 6.4 keV e 9.7 keV. • E stato acquisito un generatore commerciale di raggi X basato su effetto piroelettrico per

produrre percio’ raggi X con una configurazione compatta e utilizzando solo basse tensioni.• Sono state migliorate le prestazioni in termine di rumore del Si-PiN XR100CR della Amptek

ed e’ stato acquisito un nuovo rivelatore CdTe dalla stessa ditta. In questo modo e’ possibile acquisire l’informazione spettroscopica ad alta risoluzione ed ad alta efficienza sino ad 80 keV dei raggi X prodotti dalla facility.

• Sono stati acquisiti diaframmi di tungsteno da 25 μm sino a 2 mm integrando quelli gia’ in dotazione per realizzare collimatori di fascio stretti.

• Sono stati acquisiti, installati e interfacciati con il personal computer, sensori ambientali per monitorare la temperatura, l’umidita’ e la pressione all’interno della camera di misura. Un data logger per le temperature e’ stato acquisito e interfacciato in modo da poter monitorare la temperatura della scatola contenente l’elettronica di acquisizione e di comando del Gas Pixel Detector e altri punti sensibili all’interno o della camera. In futuro si utilizzera’ uno dei 4 sensori per misurare la temperatura del corpo del GPD.

• E’ stato attivato un sistema di back-up automatico su NAS con mirror dedicatoi ai dati di laboratorio.

Collimatore di Tungsteno incapsulato in uno schermo graduato

Abbiamo progettato e realizzato un porta-collimatore realizzato in lega di tungsteno con le seguenti caratteristiche:• Lega al 90 % W con Ni e Cu densita’ 18.0 g/cm3 (TAM 200)• due diverse configurazioni Alto flusso/alta divergenza e basso flusso/bassa divergenza

- Collimatore di tungsteno realizzato su progetto IAPS/INAF dalla ditta: Tungsten-Alloy di Pitson (U.K.)

- Dotato di schermo graduale in Cd/Cu/Al per assorbire le fluorescenze del W.

- Interfacciabile con le tipologie di sorgenti radioattive attualmente in laboratorio.

- Interfacciabile con I diaframmi AMPTEK: 25 m -2 mm Ø.

- Interfacciabile col sistema di movimentazione gestito da PC attualmente in uso.

Studio delle tecniche di fascio inclinato per per derivare le prestazioni dei rivelatori in funzione dell’altezza di conversione.

Abbiamo introdotto, per valutare le prestazioni dei rivelatori, delle misure con un fascio diaframmato e inclinato rispetto alla normale alla finestra.

In questo modo ad ogni posizione sul piano di rivelazione e’ associata una altezza del punto di conversione.

Conoscendo l’inclinazione del GPD rispetto al fascio e la posizione sul piano di rivelazione e’ possibile con una semplice trasformazione trigonometrica risalire alla verticale del punto di interazione.

Fascio inclinato: mappa dei punti di impatto

Immagine dei punti di impatto ottenuti inclinando il rivelatore

• GPD con GEM prodotta dalla Scienergy (Giappone) e riempito con DME (0.8 bar).

• Il rivelatore e’ stato inclinato di

40 gradi rispetto alla normale

• zh = tan() * (L-x)

dove zh e’ l’altezza della interazione, e’ l’inclinazione del rivelatore, L e’ la lunghezza della strisciata e x e’ lo scostamento dalla porzione iniziale della strisciata • I dati ottenuti sono stati corretti

per le variazioni di guadagno locali utilizzando una matrice di 5 x 5 posizioni ottenute a inclinazione zero.

Risoluzione energetica in funzione della altezza di assorbimento del fotone

• La risoluzione energetica non varia in funzione del punto di assorbimento

• La risoluzione energetica non varia in funzione del tempo

Andamento del numero medio di pixel per traccia in funzione dell’altezza di assorbimento.

• Il numero medio di pixel per traccia aumenta con lo spessore di gas attraversato perche’ la diffusione scala come Szh.

La asimmetria media delle tracce e’ anti-correlata con lo spessore di gas attraversato mediante la diffusione. Tracce generate piu’ lontane dal GEM sono piu’ simmetriche rispetto a quelle piu’ vicine al GEM perche’ in quest’ultima la diffusione e’ minore.

Selezione delle traccie piu’ asimmetriche (piu’ vicine al GEM).

Misure sul GPD con GEM 88 mm.Sono stati prodotti due nuovi Gas Pixel Detectors., un GPD riempito con 1-Atm 1-cm di He-DME ed un GPD riempito con 2-atm 2-cm di Ar-DME (vedi presentazione Bellazzini)

• GEM Larga (88 mm x 88 mm) 50 m spessa, passo 50 m • Riempimento 1 bar (He-DME 20-80)

Fattore di modulazione a 3.7 keV Spettro in energia (Risol. 26 %) a 3.7 keV corresponding at 20 % at 6 keV

Risoluzione in posizione.

Set-up fascio stretto. (diaframma di diametro 25 µm di tungsteno.)

La dimensione del fascio, prodotto da un tubo a raggi X di 4.5 keV, e’ stata valutata facendo una scansione ad 1 µm/s in due direzioni ortogonali con un rivelatore commerciale Si-Pin ed una fenditura solidali tra di loro e misurando il tempo necessario ad oscurare il fascio.

47 m (Y) x 28 m (X)

Proiezione sull’ asse X del fascio di fotoni rivelato dal GPD in due posizioni distanti 300 m. La risoluzione in posizione FWHM dopo la correzione per la larghezza geometrica del fascio e’ 211 m.

Immagini 2-D dei fasci rivelati dal GPD per una matrice di posizioni 3x3.

Misure di fondo • Misure di fondo ambientale.

• Misure di fondo stimolato

Il fondo acquisito con il rivelatore ad He-DME e’ cosi’ basso che anche con un time-out di 100 s il buffer non viene riempito nel tempo disponibile e l’acquisizione si interrompe. Nel modello attuale abbiamo utilizzato un ‘escamotage’ : collimando e diaframmando una sorgente di 55Fe, la abbiamo posizionata su un angolo in modo da ottenere un counting rate sufficientemente elevato da non provocare interruzione nell’acquisizione (0.51 c/s).

55Fe in un angolo e fondo ambienteProiezione lungo X (sx.) e lungo Y (dx) del fondo ambientale accumulato

Fondo stimolato con 60Co(Sorgente di fianco Y-positive)

DME con body stretto He-DME con body largo (GEM 88 mm)

Fondo stimolato con 60Co(sorgente sopra la finestra di Be)

DME con body stretto He-DME con body largo (GEM 88 mm)

Fondo del Medium Energy.

Modello con body stretto. Fondo ambiente MEP (Ar-DME).

In programma misure estensive di fondo (ambiente e stimolato) con il nuovo MEP con body largo (GEM 88 mm x 88 mm) per il quale non ci aspettiamo un accumulo ai bordi per via della distanza delle pareti laterali del body dalla regione attiva centrale.

Body stretto

Sviluppo software

• Software per l’analisi del fascio inclinato.

• Software per l’analisi del fondo.

• Modifiche al software di analisi delle tracce per tener conto delle fluorescenze nell’ Argon (Pisa) con trattamento dei clusters separati in un frame.

• Software per mixare immagini acquisite in misure diverse.

Fine

Alternative X-ray sourcesThe polarized source could be produced starting from an ultra-compact low voltage X-ray generator produced by Amptek:

Amptek Cool-X:Pyroelectric CristalLow operative voltage (9V) Equivalent to a 2 mCi X-ray source.Cu lines + Bremmstrahlung + germanium (333) and graphite to make a polarized X-ray sources

Principle of operation The nude cool-X