Laboratorio di strumentazione per i rivelatori di particelle
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Attraverso l'analisi di tipiche catene di elaborazione di segnali proveniente da rivelatori in esperimenti di fisica delle particelle elementari, far apprendere allo studente le tecniche sperimentali piu' comunemente utilizzate in questo tipo di esperimenti.
Attraverso l'analisi della trasmissione del segnale dal rivelatore all'elettronica di lettura "off-detector", fornire allo studente competenze sui protocolli di comunicazione e sulle tecniche per la trasmissione ed il processamento delle informazioni.
Attraverso l'analisi della trasmissione del segnale dal rivelatore all'elettronica di lettura "off-detector", fornire allo studente competenze sui protocolli di comunicazione e sulle tecniche per la trasmissione ed il processamento delle informazioni.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento:
1) lo studente sarà famigliare con le catene di processamento del segnale di un rivelatore
2) sarà in grado di eseguire misure di rumore e linearità della catena elettronica e di ottimizzare la formatura del segnale a seconda delle condizioni sperimentali
3) saprà effettuare ed interpretare misure di impedenza e funzione di trasferimento
4) avrà competenza nell'analisi offline del segnale acquisito
1) lo studente sarà famigliare con le catene di processamento del segnale di un rivelatore
2) sarà in grado di eseguire misure di rumore e linearità della catena elettronica e di ottimizzare la formatura del segnale a seconda delle condizioni sperimentali
3) saprà effettuare ed interpretare misure di impedenza e funzione di trasferimento
4) avrà competenza nell'analisi offline del segnale acquisito
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Lezioni frontali:
- I rivelatori al silicio e i calorimetri
- Brevi cenni di elettronica nucleare
- Brevi cenni sul rumore
- Cenni sulla trasmissione di segnali
Attività sperimentali:
Preamplificazione di carica e di corrente
- Misura della risposta all'impulso
- Adattamento delle impedenze delle linee di connessione
- Distribuzione e filtraggio delle alimentazioni
Formatura del segnale
- Uso di un amplificatore/formatore unipolare/bipolare
- Misura della linearità
- Misura del guadagno
- Misura delle curve di rumore e del rapporto segnale/rumore su di un "rivelatore ideale"
- Uso di oscilloscopio digitale e di un voltmetro RMS per la misura del rumore
Caratterizzazione degli elementi della catena
- Misure di impedenza
- Misure di funzioni di trasferimento degli elementi della catena di acquisizione
- Confronto fra misure in frequenza e misure nel dominio del tempo
Acquisizione automatizzata dei dati
- Apprendimento di software per sistemi di controllo
- Uso del software per la gestione di un esperimento
- Preparazione del trigger
- Acquisizione dei dati digitalizzati
- Elaborazione dei dati acquisiti (estrazione dei parametri, analisi dei dati)
- I rivelatori al silicio e i calorimetri
- Brevi cenni di elettronica nucleare
- Brevi cenni sul rumore
- Cenni sulla trasmissione di segnali
Attività sperimentali:
Preamplificazione di carica e di corrente
- Misura della risposta all'impulso
- Adattamento delle impedenze delle linee di connessione
- Distribuzione e filtraggio delle alimentazioni
Formatura del segnale
- Uso di un amplificatore/formatore unipolare/bipolare
- Misura della linearità
- Misura del guadagno
- Misura delle curve di rumore e del rapporto segnale/rumore su di un "rivelatore ideale"
- Uso di oscilloscopio digitale e di un voltmetro RMS per la misura del rumore
Caratterizzazione degli elementi della catena
- Misure di impedenza
- Misure di funzioni di trasferimento degli elementi della catena di acquisizione
- Confronto fra misure in frequenza e misure nel dominio del tempo
Acquisizione automatizzata dei dati
- Apprendimento di software per sistemi di controllo
- Uso del software per la gestione di un esperimento
- Preparazione del trigger
- Acquisizione dei dati digitalizzati
- Elaborazione dei dati acquisiti (estrazione dei parametri, analisi dei dati)
Prerequisiti
Gli studenti dovrebbero avere acquisito competenze di base in elettronica e circuiti facenti parte dei programma degli insegnamenti di Elettromagnetismo e Laboratorio di Elettronica del Corso di Laurea Triennale in Fisica. Sono anche utili i fondamenti di inerazione della radiazione con la materia al livello dell'insegnamento di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare del Corso di Laurea Triennale in Fisica.
Metodi didattici
L'insegnamento consta di una serie di lezioni frontali introduttive, seguite da attivita' pratiche di raccolta ed analisi dati in Laboratorio. Per l'acquisizione e analisi dei dati gli studenti elaboreranno delle applicazione usando il software LabView e/o firmware implementati su FPGA.
Materiale di riferimento
Il materiale di riferimento verrà distribuito durante le lezioni ed è comunque reperibile sul sito Ariel dell'insegnamento all'indirizzo:
https://aandreazzalsrp.ariel.ctu.unimi.it/v5/Home/
Per la parte di programmazine di LabView si consiglia di seguire il corso on-line distribuito da National Instrument all'indirizzo:
https://www.ni.com/getting-started/labview-basics/i/
https://aandreazzalsrp.ariel.ctu.unimi.it/v5/Home/
Per la parte di programmazine di LabView si consiglia di seguire il corso on-line distribuito da National Instrument all'indirizzo:
https://www.ni.com/getting-started/labview-basics/i/
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La valutazione avviene mediante un voto in trentesimi, deciso attraverso una relazione scritta sull'attivita' di Laboratorio ed un colloquio
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 14 ore
Lezioni: 14 ore
Docenti:
Andreazza Attilio, Merli Andrea
Docente/i