Assemblea di Sezione, 6 Luglio 2011 - Gruppo V 1

INFN sezione di Bologna - Gruppo V

Dettaglio per settore (2011):• Rivelatori di particelle (2 esperimenti)• Acceleratori di particelle (3 esp.)• Elettronica e software dedicato (3 esp.)• Interdisciplinare, applicazioni di tecniche

avanzate dell’INFN (5 esp.)

Ricerca tecnologica a Bologna

Statistica:

• nel 2011 13 sigle ~ 30 FTE

• previsione 2012 8 sigle ~ 22 FTE

Assemblea di Sezione, 6 Luglio 2011 - Gruppo V 2

-1,01,02010-2012TO,BA,PDA. GabrielliElettr&SWLEPIX

--0,52010-2012PD,LNLV. VagnoniElettr&SWREDI-GO (DTZ)

-2,3 2,3 2010-2013MI,LNS,MIBG. TurchettiAcceleratoriLILIA (NTA)

M0.1 E0.13.03.02011-2012LNSF. OdoriciAcceleratoriESOPO

--4,42009-2011LNL, RM3G. CastellaniInterdisc.EXCALIBUR

SI-5.05,02009-2011CSF. CasaliInterdisc.RITOR

--3,02009-2011NAN. LanconelliInterdisc.BCT

-> 1.01,02011-2013MI,LNL,LNF,RMM. SioliElettr&SWMC-INFN

--2,22010-2012RM1,BA,CT,GE,ISS,LNS

A. GabrielliInterdisc.TOPEM

SI-2,92,92009-2011TS,RM2,PD,LNLG. BaldazziRivelatoriXDXL

SIE 1.02,32,32009-2011PI,PV,TO,TN,TSM. VillaRivelatoriVIPIX

-4,7 4,7 2005-20xxPI, LNF,MIG. TurchettiAcceleratoriPLASMONX (NTA)

22,230,1PREVISIONI 8 sigle nel 2012

--4.52008-2011RM3, RM1, PDF. NavarriaInterdisc.ECORAD

New/ext 2012

ServiziFTE 2012

FTE 2012

FTE 2011DurataAltre SezioniRespons.Campo di

ricercaEsperimento

Esperimenti di Gruppo V nel 2011 e previsioni 2012

Servizi: E = elettronicaC = calcoloM = meccanicaPM = progett.Mecc.

Continuano oltre 2011

Terminano nel 2011

Nuove proposte

Assemblea di Sezione, 6 Luglio 2011 - Gruppo V 3

% finanziamento / richieste = 37%

# exp. approvati / totale = 81 / 95

# nuovi exp. approvati / proposti = 23 / 37

Totale Dotazioni

Crisi MI e ME !!!

Assemblea di Sezione, 6 Luglio 2011 - Gruppo V 4

42%

22/25

9/12

41%

8/10

1/3

47%

14/16

4/6

34%

37/44

9/16

% Finanziamento

Exp.approvati/totExp.app.nuovi/tot.nuovi

5

Esperimento MC-INFN

Nel 2010 è proseguito lo studio e validazione della libreria dei raggi cosmici con particolare riferimento al generatore di interazioni adroniche di alta energia– Simulazione per l’esperimento OPERA– Simulazione per l’esperimento ANTARES– Utilizzo da parte della Collaborazione Borexino– Interpretazione dell’anomalia nella misura del

rapporto di carica dei muoni atmosferici con OPERA• Studio della dipendenza dalla composizione dei raggi

cosmici• Studio della validità del Feynman scaling nella regione di

frammentazione ad energie del TeV (DPMJET-III)

2010:Maximiliano Sioli (Ric. Univ.)Annarita Margiotta (Ric. Univ.)Giulia Brunetti (PhD stud.)

Dal 2011:Tiziano RovelliFrancesco Luigi Navarria

2010-20xx

6

Nuova attività prevista

7

Monolithic detectors (MAPS) for particle tracking in standard very deep submicron CMOS technologies – 90nm IBM CERN. A. Gabrielli

Autunno 2011Partecipazione a tests –Bologna e CERN ‐ su sensoriprototipali attraverso schedaprodotta dalla sezione diPadova

2012Partecipazione a test su nuovestrutture

Lepix is looking for an approach that combines the best of TWO solutions:‐speed and radiation hardness‐monolithic integration and use of commercial technologies.

Key point: charge must be collected by drift instead of diffusion like in standard MAPS, exploiting a high resistivity substrate (200 Ω ∙ cm)

Esperimento LEPIX 2010-2012

8

Application of CNT e-gun(CANTES exp.) toMicrowave Discharge IonSources (MDIS) to produce intense beams of single charged ions.

Under study: since there isno plasma confinement in MDIS, the CNT electron gunmust avoid to extractcharged electrons or ionsfrom the plasma region.

Esperimento ESOPO(Electron Source for Overdense Plasma Operation)

2011-2012

Collaborazione: BO, LNS

9

Setup july 2010

CNT based e-gune-guns inside the plasma chamber

10

Plasma densityLangmuir data: Ne (e‐ x E16/m3) vs position (cm)

0,00

0,50

1,00

1,50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

CNT 0VCNT 1100VCNT 0VCNT 0VCNT 0VCNT 0V

11

ESOPO: cannone modificato 2011

L1 L2 L3

Distanziale 1 (Macor)Sorgente el. (CNT on Si)

Distanziale 2 (Mica)Griglia 1 (inox)

Capsula 1 (inox)Distanziale 3 (Macor)

Collettore (inox)Distanziale 4 (Macor)

Griglia 2 (inox)Capsula 2 (inox)

Assemblato Esploso

S G1G2C

12

ESOPO: NUOVO E-GUN - SIMULAZIONE

ELETTRONI

EMESSI

PROTONI dal PLASMA

RIFLESSI

13

2008-2011Esperimento ECORAD

14

15

Esperimento EXCALIBUR

EXposure effeCts At Low-doses of Ionizing-radiation in Biological cultURes

Gruppo di Bologna:Gastone Castellani (resp. locale), Daniel Remondini, Isabella Zironi, Enrico Giampieri, Entela Gavoci, Angela Virelli

In collaborazione con il gruppo LNL

2009-2011

16

Razionale

Studio dell’azione delle radiazioni ionizzanti a basse dosi in colture cellulari, in termini

di diversi end-point biologici:

meccanismi di signaling interno/esterno (canali ionici, stato redox)

trascrittomica (gene expression)

ruolo della qualità della radiazione (raggi gamma, protoni, particelle alfa)

Recording of electrical (ion channel) cellular activity in response to

irradiation from V79 (rodent cell line).

Electrical activity is associated to cell state (e.g. stress or cellular cycle

phase).

It can mediate communication between contacting cells

Characterization of potassium channels as target of ionizing

radiation

ElectrophysiologyUseful to characterize radiation

induced cell stress and/or senescence state Influences

main signalling pathways (i.e.NF-kB TF)

Working hypothesis: late effect after irradiation (i.e. induced stress due to mitochondrial

activity following repair activity)

Redox state

In progressReactive Oxigen Species detection in T98G (human cell line)

Cells are loaded by the membrane permeant reactive tracer di-hydro-ethidium (DHE)which passively diffuse into living cells. DHE upon reaction with superoxide anions (O2

-)forms a red fluorescent productwhich intercalates with DNA. DHE specifically detects and monitors superoxide radicals without toxically interfere with cells.

Groups (in triplicate)1) control samples2) low-dose samples (0.25 Gy)3) hi-dose samples (2 Gy)

Same experimental design for eachradiation source (gamma, protons, alpha)

19

Esperimento RITORRIcerca per lo sviluppo di Tac per

l’ORecchio(Research for innear ear CT)

F. Casali, M.P. Morigi, M. Bettuzzi, R. Brancaccio, L. Ragazzini

2009-2011

20

RITOR: state of art

Conventional medical CT(500 µm voxel side)

Dental scanner CT (250 µm voxel side)

8 mm

Ø 2 mm

Canals radius 12 mm

Canals diameter 2 mm

Cochlea size 8 mm

Otholits 0.2 mm

The problem: to image a very small area (1cm3) inside the big volume of the human head.

Ideal resolution requested (pixel size) is 50 microns

Medical CT scanner (voxel of 500 µm) doesn’t show some anatomical details like semicircular channels (1 mm) and the otoliths (200 µm). In these condition the physician must proceed to the operation before to know if pharmacological or surgical therapy is necessary!

21

Nuovo sistema: flat panel Hamamatsu

COMPONENTI DEL SISTEMA:

Tubo a raggi X

Sistema di movimentazione

Rivelatore

Scheda di acquisizione montata su PC

RIVELATOREFlat panel: C10900D della Hamamatsu

22

Tomografie dell’orecchio interno del fantoccio SK150/100

Coclea - 8 mm

Coclea - 8 mm

Canali semicircolari Φ 2 mm

23

Misure di dose

FILTRO DI 6.45 mm DI ALLUMINIO

DOSIMETRO Modello: PSD (Patient Skin Dosimeter) della Unfors

1

3 2

I risultati sono decisamente inferioriai valori di dose erogate da TAC convenzionali

I valori di dose sono diminuitidi un fattore circa 2.5

FASCIO

DOSE EROGATA DA TAC MEDICALI:1.7 ÷ 2 mSv

IDROSSIAPATITE

Tempi di misura nei limiti dell’applicazione clinica

(circa un minuto e mezzo)

Troppo rumorosa

RIASSUNTO DEI RISULTATI OTTENUTI NELLETOMOGRAFIE CON COLLIMATORE “COL2”

Frame rate(frame/s)

N° diproiezioni

Durata dellatomografia (s)

Contrasto Dose efficace (mSv) Fattore diriduzione

di doseValore Dev. Std. Valore Dev. Std.

17 964 57 0.3 0.3 0.00948 0.00001 1/180

15 952 64 0.4 0.3 0.04234 0.00006 1/40

12 956 80 0.4 0.2 0.1135 0.0002 1/15

10 954 96 0.4 0.2 0.1842 0.0002 1/9

5 948 190 0.5 0.2 0.6046 0.0008 1/3

A. Gabrielli ‐ IPRD Siena ‐ 9/6/2010 24

Preliminary timing measurements on a data acquisition chain for a SiPM‐based detector for prostate imaging

24

‐ 100ps TOF confirmed with a complete test on the chain NINO‐HPTDC‐ Chain available with a complete HW‐SW setup‐ HW is ready (commercial boards)‐ SW to be completed (C++/Visual C scripts to control the DAQ)‐ The chain can be replaced by an ASIC

2012No activity foreseen in Bologna

Esperimento TOPEM 2010-2012

Goal: building and testing in phantom tests an endorectal PET-TOF probecompatible with Magnetic Resonance Imaging.

Piattaforma multimodale TOf PEt (e SPECT) Mri per la diagnosi ed il follow up del tumore alla prostata

A. Gabrielli ‐ IPRD Siena ‐ 9/6/2010 2525A. Gabrielli ‐ IPRD Siena ‐ 9/6/2010

DATA

CONTROL

FEA boardUp to 24 channels, 16 available

Up to

2 x 32 channels

VME

Boards: CAEN V1290A/N – V1718

NINO‐HPTDC VME‐based chain

The chain can be replaced by an ASIC

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• Modellizzazione di architetture parallelee facilmente scalabili.

• Simulazione dei modelli – estrazione delleefficienze.

• Implementazione in varie tecnologie: • ST 130 nm ‐ Hybrid pixel sensor• Tezzaron C. 130 nm‐ Vertical Integration

• 12 mesi di ritardo dovuti allafonderia!!

• Tower Jazz 180 nm ‐ Deep Nwell MAPS

Sviluppo di architetture digitali di read‐out per matrici di pixel

Applicazione: Vertex detectors

Elettronica digitale di readout

Matrice di pixel

APSEL_4WELL(TowerJazz 180 nm)

Esperimento VIPIX(Vertically Integrated Pixels)

2009-2011

27

To DAQ1.3 Gbit/s

Front End8.6 Gbit/s

Front End8.6 Gbit/s

VIPIX – Elettronica DAQ

• Schede elettroniche di acquisizione dati EDRO (Event Dispatch and Read Out)

• Elettronica commerciale/custom (CERN) basata su FPGA.

• Controllo e acquisizione chip di front end.

• Trigger e Costruzione degli eventi.• Interfaccia memorie associative.• Customizzazione software di acquisizione

TDAQ (Atlas).• Software di ricostruzione tracce off‐line e

monitoring on‐line.

Sviluppo harware/software del sistema di aquisizione dati per test su fasciodelle matrici di pixel.

FPGA programmabili

VME

inter

Progetto VIPIX esteso per l’anno 2012: test chips in autunno 2012 al CERN.

Responsabile locale 2012: Carla Sbarra

28

INFN Sezione di BolognaGruppo V

Responsabile locale: Giuseppe Baldazzi

2009-2011

29

Compton Camera Compton Camera isis anan evolutionevolution ofof the Anger Camera the Anger Camera ‐‐ widelywidely usedused in in RadioRadio‐‐Pharmaceutical BioPharmaceutical Bio‐‐distribution imaging distribution imaging –– in which the collimator is in which the collimator is not present any more.not present any more.Advantages:Advantages: higher efficiency; lighter setup for prostate, thyroid, small higher efficiency; lighter setup for prostate, thyroid, small

animals; allows to use highanimals; allows to use high‐‐energy energy γγ‐‐rays; lower dose.rays; lower dose.

Patient

CALORIMETER

TRACKER

θ

PT , ET

PC , EC

Computed Imaging

Rec. e -

Nuclide bio distribution

HowHow doesdoes itit worksworks??The The trackertracker isis a Si a Si DriftDrift Detector in Detector in whichwhich photonsphotonsInteractingInteracting forfor Compton Compton effect,effect, are are localizedlocalized in in positionposition. The . The secondarysecondary photonphoton isis capturedcaptured in the in the calorimetercalorimeter detector detector thatthat measuresmeasures itsits positionpositionand and energyenergy. . StartingStarting fromfrom thesethese informationsinformations, the , the originorigin conecone ofof primaryprimary photonphoton can can bebe identifiedidentified. . ManyMany conescones intersectionintersection identifiesidentifiesthe the primaryprimary photonphoton pathpath. .

The The CalorimeterCalorimeter detector detector isis a Position Sensitive a Position Sensitive HamamatsuHamamatsuH9500 H9500 PhotomultiplierPhotomultiplier, , withwith 256 256 anodesanodes, , coupledcoupled byby a a segmentedsegmented scintillatorscintillator. The . The frontfront‐‐endend electronicselectronics waswas basedbasedon VA32_HDR11 on VA32_HDR11 ASICsASICs directlydirectly bondedbonded on the on the PCBsPCBs..

30

ForFor the the trackertracker stage, stage, anan ASIC ASIC waswas realizedrealized toto buildbuild a compact a compact boardboardincludingincluding the SDD detector and the SDD detector and itsits electronicselectronics..

The ASIC disposes of 32 channels with:

1.The charge sensitive preamplifier;2.The shaping amplifier with selectable timeconstant (3 bit);3.The pole-zero cancellation;4.A signal discriminator and trigger logic: the triggering of the first channel commands the

Fig.13

hold of all the channels; the threshold isprogrammable (8 bit);

5.The peak & hold;6.A baseline restorer will be implemented

in a next run

On the left a schematicrepresentation of the Compton Camera working principles.

31

Fig.15

Board elettronica di front‐end

This is the goal: a board with the SDD and the ASICs front-endelectronics (the tracker). The test-equipment (on the right) performs the data acquisition.

The collaboration between INFN, INAF/IASF of Bologna and INAF/IASF of Rome (for the XDXL project) led to an ESA space projectcalled LOFT (now in the assesment phase)

based on the detectors and technologydeveloped for XDXL

(http://loft.iasf-roma.inaf.it/).

Tray to think to 12 m2 of detector area….

32

We ask to extent the Experiment for the 2012 to complete the Compton Camera prototipe and start experimental measurements notonly for ESA applications but also for the study of radiofarmaceuticaldistribution in mice.

Thanks to Ignazio D’Antone and Mirco Zuffa (Electronics Lab) and Anselmo Margotti (Mechanical Workshop): without them not at all can be done!

33Assemblea di Sezione, 8 Luglio 2010 - Gruppo V

GrazieGrazie