Rilevatore a Coincidenza con PsoC – III

Proseguiamo nella serie di post sul PSoC e descriviamo l’applicazione del circuito di rilevazione delle coincidenze al caso dei raggi cosmici. Questi sono stati oggetto di numerosi articoli e quindi in questa sede ci limitiamo ad esporre i risultati ottenuti mediante il rilevatore a coincidenze basato su PSoC. Il sistema è stato collegato a due detector SiPM accoppiati a scintillatori plastici, come descritto nelle figure sotto :

Gli scintillatori plastici sono particolarmente sensibili alla particelle cariche e quindi sono adatti alla rilevazione di radiazione β e di raggi cosmici, i quali sono composti per la maggior parte da muoni.
Gli impulsi rilevati dai singoli sensori sono per la maggior parte dovuti al passaggio dei muoni attraverso lo scintillatore plastico. Posizionando i due sensori sovrapposti, come indicato nella figura sotto, vengono selezionati i muoni che attraversano entrambi i cristalli plastici, quindi con direzione ed energia adeguata.

Posizionando invece i due sensori affiancati si ottengono le coincidenze dovute a particelle distinte che però si sono originate dallo stesso raggio cosmico primario, appartenenti cioè alla medesima cascata cosmica.

Il setup sperimentale è descritto nelle immagini sotto:

Risultati delle Misure

Detector Affiancati a Contatto

Durata misura = 27088 s
Rateo Coincidenze = 0,137 ± 0,01 CPM – Pulse 62
Rateo Detector 1 = 12,4 ± 0,2 CPM – Pulse 5609
Rateo Detector 2 = 14,7 ± 0,2 CPM – Pulse 6631

Detector Affiancati distanza 50cm

Durata misura = 25622 s
Rateo Coincidenze = Pulse 1
Rateo Detector 1 = 11,4 ± 0,2 CPM – Pulse 4849
Rateo Detector 2 = 12,7 ± 0,2 CPM – Pulse 5431

Detector Sovrapposti a Contatto

Durata misura = 17492 s
Rateo Coincidenze = 5,68 ± 0,14 CPM – Pulse 1655
Rateo Detector 1 = 16,5 ± 0,2 CPM – Pulse 4801
Rateo Detector 2 = 16,2 ± 0,2 CPM – Pulse 4719

Detector Sovrapposti distanza 65 cm

Durata misura = 20959 s
Rateo Coincidenze = 0,03 ± 0,01 CPM – Pulse 11
Rateo Detector 1 = 16,4 ± 0,2 CPM – Pulse 5736
Rateo Detector 2 = 17,6 ± 0,2 CPM – Pulse 6133

Calcolo Flusso Teorico

Flusso Teorico slm = 0,6 part/cm² min sterad
Superficie Detector = 32,5 cm²
Flusso Detector = 19,5 part/min sterad

I valori misurati dai singoli detector variano dai 12 ai 17 CPM, vicini quindi al valore “teorico” di 19 CPM. Bisogna tenere conto che l’efficienza quantica dei detector è probabilmente inferiore all’unità, soprattutto per i muoni che passano lontani dal SiPM : per questi muoni la probabilità di essere rilevati è più bassa.

Nel caso dei detector sovrapposti il valore misurato delle coincidenze è un pò più basso : 5,68 CPM : in questo caso va tenuto conto che l’angolo solido utile è più ridotto, anche a causa della posizione laterale dei SiPM.
Aumentando la distanza tra i detector il conteggio diminuisce perchè l’angolo solido si riduce molto, ponendo i detector a 65 cm di distanza verticale il valore si riduce a 0,03 CPM.

Con i detector affiancati il valore delle coincidenza risulta di 0,14 CPM, basso ma non nullo, a dimostrazione della esistenza delle cascate cosmiche. Aumentando la distanza tra i detector il valore si riduce praticamente a zero, a 50 cm di distanza, in diverse ore di presa dati, si è registrato un solo impulso in coincidenza.

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