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TRACCIATORI DI MUONI COSMICI PER MONITORARE IL VULCANO E LA STABILITÀ DI EDIFICI Domenico Lo Presti ETNA OPEN DATA - Parco dell'Etna, Nicolosi, 25/7/2017 - D. Lo Presti 1
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TRACCIATORI DI MUONI COSMICI
PER MONITORARE IL VULCANO E
LA STABILITÀ DI EDIFICI
Domenico Lo Presti
ETNA OPEN DATA - Parco dell'Etna, Nicolosi, 25/7/2017 - D. Lo Presti 1
Chi? Gruppo di ricercatori (fisici ed ingegneri).
Perchè? Scienza e Tecnologia al servizio di:Controllo del territorioSalvaguardia di beni culturali
Come? Raggi cosmici, radiazione naturale, come sorgente
Dove? Sicilia, Catania, Dipartimento di Fisica ed Astronomia
Quando? Oggi, anni di esperienza e di ricerca e sviluppo
Con chi? Aziende siciliane interessate a sviluppareun prodotto a partire da uno strumentoscientifico
1.1. Incremento dell’attività di innovazione delle imprese1.1.3 – Sostegno alla valorizzazione economica dell’innovazione attraverso la sperimentazione el’adozione di soluzioni innovative nei processi, nei prodotti e nelle formule organizzative, nonchéattraverso il finanziamento dell’industrializzazione dei risultati della ricerca.
PO FESR 2014-2020 - OT1
RICERCA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE
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3DLAB Sicilia – DATA Highway
Sistema per monitoraggio e controllo di qualità di
fasci per adroterapia
Ricerca di materiale fissile di contrabbando
mediante tomografia con muoni
Monitoraggio fascio e ImagingTracciamento + DE
protoni
Tecnica del Residual range
• Fibre ottiche scintillanti;
• Acquisizione ed elaborazione On-Line
• Controllo di qualità, dosimetria e
monitoraggio di fasci di particelle
per adroterapia
• Imaging
15
m
m
10 mm
5 mm
15 mm
NUMEN – KM3NET – AUGER PRIME …
Sviluppo di sensori ed elettronica, piattaforme di
integrazione, test e caratterizzazione di massa in
grandi apparati sperimentali per ricerca di base
Tomografia mediante tracciamento di muoni cosmici
Progetto PON Muon Portal Project
Simulazioni Monte Carlo
Full Scale Design
Barre Scintillanti +WLS
Fotosensori – SiPM
Elettronica Readout e DAQ
Ricostruzione Immagini
Allarme
Progetto completato
Ricerca di partners interessati
all’applicazione e al trasferimento
tecnologico del portale nei siti di
transito dei container
Resp. Prof. F. Riggi
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TRACCIAMENTO MUONI:• Simulazione e Progettazione
• Scintillatori (Barre e fibre ottiche)
• Sensori di luce (PMT e SIPM)
• Elettronica:• Front-end
• Read-Out
• DAQ
• Alimentazione e Riferimenti tensione
• Posizionamento e sensoristica
• Software e Firmware:• Acquisizione dati
• House-keeping
• Configurazione
• Comunicazione
• Sincronizzazione
• Analisi
• Visualizzazione
• Memorizzazione
• Meccanica:• Accoppiamento Ottico, Oscuramento
• Sostegno e Allineamento
• Robustezza e Trasportabilità
• Isolamento da umidità e luce esterna
• Pannelli fotovoltaici• Batterie
• Regolatore carica
• Test e caratterizzazione• Calibrazione
• Controllo qualità e affidabilità ETNA OPEN DATA - Parco dell'Etna, Nicolosi, 25/7/2017 - D. Lo Presti4
Schema Telescopio
Telescopio
Lunghezza cammino (m)
Angolo azimutale (f)
Raggi
cosmici
Tracciatori di muoni cosmici per monitorare il vulcano
• Radiografia di strutture sommitali di
vulcani al fine di ottenere la
distribuzione di densità 3D ad alta
risoluzione della struttura interna.
• Monitoraggio continuo e possibilità
di allarme in tempo reale.
• Realizzazione di una rete di
telescopi attorno al cratere e di
inter-comunicazione con
strumentazione standard.
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Energia minima del muone necessaria per
attraversare un determinato spessore di roccia.
Flusso integrale di muoni che
fuoriescono dalla struttura geologica.
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10 min
Primo telescopio completato e
installato presso sede INGV di
Nicolosi per prima campagna di
misura 30/1/2017.
Il Target sono i Monti Rossi.
Le simulazioni accurate effettuate
prevedono un buon contrasto in
poche settimane.
1 Agosto 2017 trasferimento presso
complesso crateri di Nord-Est.
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Caratterizzazione del telescopioStrategia di misura
Configurazione orizzontale del telescopio
RETRO
FRONTE
FRONTE
RETRO
La realizzazione dell'immagine della struttura
vulcanica si ottiene confrontando il flusso osservato
dopo l'attraversamento dell'oggetto con il
corrispondente flusso in condizioni di cielo aperto,
che può essere contestualmente misurato dal flusso
di muoni provenienti dal retro del telescopio.
Il rapporto pixel per pixel fornisce una misura
dell’attenuazione del flusso da parte del vulcano.
FRONTERETRO
FRONTERETRO
M. Rossi
FRONTE
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Google Earth
Digital Elevation Model (DEM)+
Simulazione Monte Carlo
Roccia Standard 2.5 g/cm3
Dati Telescopio
Radiografia Monti Rossi – campagna dati 30/4 – 20/6 2017
Tracciatori di muoni cosmici per monitorare la stabilità di edifici
• Tracciamento dei muoni• Odoscopi a fibre scintillanti• Sonde trigger a scintillatore• Timing e tracciamento
• Radiografia muonica• Misura distribuzione angolare • Monitoraggio variazioni nel tempo
• Acquisizione ed elaborazione On-line• Basso consumo• Comunicazione Wireless• Modellazione 3D in
combinazione con misurazionistandard.
• Risoluzione spaziale circa 1mm• Indicata in applicazioni che
richiedono:• Bassa invasività• Misura di stabilità delle
distanze relative fra punti non a vista o separati dastrutture non modificabilio da preservare
m
TP
TB
TB2
Tracker
Base (TB1) TB3
Tracker
Probe
(TP1)
TP 2
TP 3TP 4
TP 5m
m
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N (
eve
nti)
Dy(cm)
10 gg
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Misurando i punti di passaggio delle traiettorie dei muoni su un rivelatore di cosmici bersaglio, situato nel punto da monitorare, e su un telescopio di rivelatori vincolato alla struttura dell’edificio, è possibile stimare lo spostamento sistematico del bersaglio mobile rispetto al telescopio fisso
Vantaggi dei raggi cosmici radiazione naturale, continua nessuna sorgente artificiale, nessun rischio di natura radiologica attraversano spessori di materiali subendo solo piccole
deviazioni si misurano facilmente con tecniche ben consolidate
Limitazioni dei raggi cosmici la presenza di deviazioni stocastiche implica l’utilizzo di
distribuzioni campionarie necessità di accumulare statistica con un rateo di eventi limitato
N (
eve
nti)
Dy(cm)
10 gg
Simulazione Monte Carlo delladistribuzione della differenza tra la coordinata misurata nel
bersaglio e quella ricostruita con estrapolazione dal telescopio
x
yz
Tracker Probe
Tracker Base
P3
P2
P1
P0
P_ric
La media della distribuzione è uno stimatore dello spostamento sistematico del bersaglio.smedia= sdistr/N rappresenta la precisione della misura ed è funzione del tempo di presa dati. smedia <1 mm
Tracciamento di raggi cosmici
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Grazie per l’attenzione
Contatti:
Domenico Lo Presti c/o
Dipartimento di Fisica ed Astronomia di Catania
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Sezione di Catania
Via Santa Sofia 64, 95123 Catania
Email: [email protected]
Skype: domenico.lo.presti
Tel: +39 095 3785413
