Raggi Cosmici & Rivelatore a Scintillazione in Coincidenza

In questo post proponiamo l’utilizzo del detector basato sul SiPM accoppiato ad uno scintillatore plastico per la rilevazione di raggi cosmici. Il detector che utilizzeremo è stato descritto nel precedente post SiPM & Scintillatore Plastico.  Per aumentare la sicurezza che gli eventi registrati siano effettivamente dovuti ai raggi cosmici si è scelto di utilizzare due detector uguali sovrapposto uno all’altro e collegati ad un circuito di coincidenza.

Setup Sperimentale

In post precedenti sono già stati descritti detector e misurazioni sui raggi cosmici :

• Raggi Cosmici e Rivelatore a Coincidenza
• Rivelatore a Scintillazione di Muoni Cosmici
• Muoni cosmici e Tempo di Vita del Muone

Ci limiteremo quindi a descrivere il nuovo apparato sperimentale utilizzato.

Come si vede nella figura sopra i due cristalli plastici scintillatori sono stati posti uno sopra l’altro e separati da uno schermo di piombo per fermare la radiazione ambientale.

Nelle immagini sotto si vedono i detector nella posizione sovrapposta per le misurazioni in coincidenza e nella posizione affiancata, utilizzata per valutare le coincidenza casuali dovute ad eventi spuri o radiazione di fondo.

Gli impulsi prodotti dai SiPM vengono inviati ad una apparecchiatura elettronica che effettua la formatura degli impulsi e produce l’impulso di coincidenza con una porta logica AND :

Risultati dei Conteggi

Posizionando i cristalli scintillatori fianco a fianco, il risultato dei conteggi è praticamente nullo, segno della buona “risoluzione” temporale del circuito di coincidenza, infatti gli impulsi prodotti dal fast comparator, ed utilizzati per la logica di coincidenza, hanno una durata di soli circa 200ns; lo probabilità di false coincidenze è quindi molto bassa.

Posizionando i cristalli scintillatori uno sopra l’altro si ottiene invece un valore di conteggio che è vicino al valore teorico previsto per il flusso di raggi cosmici sulla superfice del detector.

Il flusso di particelle che raggiungono il rivelatore (al livello del mare) dovrebbe avere il seguente valore :

Scintillator crystal area = 32,5cm²
Cosmic particle flux = 0,011 particles / cm²-s-sr
Cosmic particle flux crossing horizontal area = 0,024 particles / cm²-s-sr
32.5 cm² x 0,024 muons/s cm² = 0.78 muons/s = 0.78 cps

Il valore ottenuto è di 0,22 CPS è un pò minore del valore teorico di 0,78 CPS.

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