Attivita ’ MAP presso IAPS/INAF

1. Attivita’ MAP presso IAPS/INAF CDR 28/02/2012 ASI

2. Descrizionedelleattivita’ Le attivita’ svolte dall’ IAPS di Roma sono : • Up-grading della facility di calibrazione. • Studio delle tecniche di fascio inclinato per derivare le prestazioni dei rivelatori in funzione dell’altezza di conversione. • Misure su prototipi di polarimetri con GEM di grande superficie (90 x 90 mm). • Sviluppo di software

3. IAPS-Rome facility for the production of polarized X-rays Close-up view of the polarizer and the Gas Pixel Detector Facility at IASF-Rome/INAF keV Crystal Line Bragg angle 1.65 ADP(101) CONT 45.0 2.01 PET(002) CONT 45.0 2.29 Rh(001) Mo Lα 45.3 2.61 Graphite CONT 45.0 3.7 Al(111) Ca Kα 45.9 4.5 CaF2(220) Ti Kα 45.4 5.9 LiF(002) 55Fe 47.6 6.4 Si(400) FeK α45.5 8.05 Ge(333) Cu Kα45.0 9.7 FLi(420) AuLα45.1 17.4 Fli(800) MoKα44.8 Capillary plate (3 cm Ø) Aluminum and Graphite crystals. PET Spectrum of the orders of diffraction from the Ti X-ray tube and a PET crystal acquired with a Si-PiN detector by Amptek (Muleri et al., SPIE, 2008) ADP: NH4H2PO4 PET : C10H8O4

4. Attivita’ di up-grading della facility • Il polarizzatore e il porta-cristalli sono stati riprodotti in ottone per minimizzare la trasmissione dei raggi X quando la tensione dei tubi e’ elevata. • Sono stati individuati e acquisiti due nuovi tubi e due nuovi cristalli per produrre radiazione polarizzata a 6.4 keV e 9.7 keV. • E stato acquisito un generatore commerciale di raggi X basato su effetto piroelettrico per produrre percio’ raggi X con una configurazione compatta e utilizzando solo basse tensioni. • Sono state migliorate le prestazioni in termine di rumore del Si-PiN XR100CR della Amptek ed e’ stato acquisito un nuovo rivelatore CdTe dalla stessa ditta. In questo modo e’ possibile acquisire l’informazione spettroscopica ad alta risoluzione ed ad alta efficienza sino ad 80 keV dei raggi X prodotti dalla facility. • Sono stati acquisiti diaframmi di tungsteno da 25 μm sino a 2 mm integrando quelli gia’ in dotazione per realizzare collimatori di fascio stretti. • Sono stati acquisiti, installati e interfacciati con il personal computer, sensori ambientali per monitorare la temperatura, l’umidita’ e la pressione all’interno della camera di misura. Un data logger per le temperature e’ stato acquisito e interfacciato in modo da poter monitorare la temperatura della scatola contenente l’elettronica di acquisizione e di comando del Gas Pixel Detector e altri punti sensibili all’interno o della camera. In futuro si utilizzera’uno dei 4 sensori per misurare la temperatura del corpo del GPD. • E’ stato attivato un sistema di back-up automatico su NAS con mirrordedicatoi ai dati di laboratorio.

5. Collimatore di Tungstenoincapsulato in unoschermograduato • Abbiamoprogettato e realizzato un porta-collimatorerealizzato in lega di tungsteno con le seguenticaratteristiche: • Lega al 90 % W con Ni e Cu densita’ 18.0 g/cm3 (TAM 200) • due diverse configurazioni Alto flusso/altadivergenza e basso flusso/bassadivergenza • Collimatore di tungstenorealizzatosuprogetto IAPS/INAF dalladitta: Tungsten-Alloy di Pitson (U.K.) • Dotato di schermograduale in Cd/Cu/Al per assorbire le fluorescenze del W. • Interfacciabile con le tipologie di sorgentiradioattiveattualmente in laboratorio. • Interfacciabile con I diaframmi AMPTEK: 25 m -2 mm Ø. • Interfacciabile col sistema di movimentazionegestito da PC attualmente in uso.

6. Studio delletecniche di fascioinclinato per per derivare le prestazioni dei rivelatori in funzione dell’altezza di conversione. Abbiamo introdotto, per valutare le prestazioni dei rivelatori, delle misure con un fascio diaframmato e inclinato rispetto alla normale alla finestra. In questo modo ad ogni posizione sul piano di rivelazione e’ associata una altezza del punto di conversione. Conoscendo l’inclinazione del GPD rispetto al fascio e la posizione sul piano di rivelazione e’ possibile con una semplice trasformazione trigonometrica risalire alla verticale del punto di interazione.

7. Fascioinclinato: mappadeipunti di impatto • GPD con GEM prodotta dalla Scienergy (Giappone) e riempito con DME (0.8 bar). • Il rivelatore e’ statoinclinato di 40 gradirispettoallanormale • zh = tan() * (L-x) • dove zh e’ l’altezzadellainterazione,  e’ l’inclinazione del rivelatore, L e’ la lunghezzadellastrisciata e x e’ lo scostamentodallaporzioneinizialedellastrisciata • I datiottenutisonostaticorretti per le variazioni di guadagnolocaliutilizzandounamatrice di 5 x 5 posizioniottenute a inclinazione zero. Immagine dei punti di impatto ottenuti inclinando il rivelatore

8. Risoluzioneenergetica in funzionedellaaltezza di assorbimento del fotone • La risoluzioneenergetica non varia in funzione del punto di assorbimento • La risoluzioneenergetica non varia in funzione del tempo • Andamento del numeromedio di pixel per traccia in funzionedell’altezza di assorbimento. • Il numeromedio di pixel per tracciaaumenta con lo spessore di gas attraversatoperche’ la diffusionescala come Szh. La asimmetria media delletracce e’ anti-correlata con lo spessore di gas attraversatomediante la diffusione. Tracce generate piu’ lontane dal GEM sonopiu’ simmetricherispetto a quellepiu’ vicine al GEM perche’ in quest’ultima la diffusione e’ minore. Selezionedelletracciepiu’ asimmetriche (piu’ vicine al GEM).

9. MisuresulGPD con GEM 88 mm. Sono stati prodotti due nuovi Gas Pixel Detectors., un GPD riempito con 1-Atm 1-cm di He-DME ed un GPD riempito con 2-atm 2-cm di Ar-DME (vedi presentazione Bellazzini) • GEM Larga (88 mm x 88 mm) • 50 m spessa, passo50 m • Riempimento 1 bar (He-DME 20-80) Spettro in energia (Risol. 26 %) a 3.7 keV corresponding at 20 % at 6 keV Fattore di modulazione a 3.7 keV

10. Risoluzione in posizione. 47 m (Y) x 28 m (X) La dimensione del fascio, prodotto da un tubo a raggi X di 4.5 keV, e’ stata valutata facendo una scansione ad 1 µm/s in due direzioni ortogonali con un rivelatore commerciale Si-Pin ed una fenditura solidali tra di loro e misurando il tempo necessario ad oscurare il fascio. Set-up fascio stretto. (diaframma di diametro 25 µm di tungsteno.) Proiezionesull’ asse X del fascio di fotonirivelato dal GPD in due posizionidistanti 300 m. La risoluzione in posizione FWHM dopo la correzioneper la larghezzageometrica del fascio e’ 211 m. Immagini 2-D deifascirivelati dal GPD per unamatrice di posizioni 3x3.

11. Misure di fondo • Misure di fondoambientale. • Misure di fondostimolato Il fondoacquisito con ilrivelatore ad He-DME e’ cosi’ basso cheanche con un time-out di 100 s il buffer non vieneriempitonel tempo disponibile e l’acquisizionesiinterrompe. Nelmodelloattualeabbiamoutilizzato un ‘escamotage’ : collimando e diaframmandounasorgente di 55Fe, la abbiamoposizionatasu un angolo in modo da ottenere un counting rate sufficientementeelevato da non provocareinterruzionenell’acquisizione(0.51 c/s). Proiezionelungo X (sx.) e lungo Y (dx) del fondoambientaleaccumulato 55Fe in un angolo e fondoambiente

12. Fondostimolato con 60Co(Sorgente di fianco Y-positive) DME con body stretto He-DME con body largo (GEM 88 mm)

13. Fondostimolato con 60Co(sorgentesopra la finestra di Be) DME con body stretto He-DME con body largo (GEM 88 mm)

14. Fondo del Medium Energy. Body stretto Modello con body stretto. Fondoambiente MEP (Ar-DME). In programmamisureestensive di fondo (ambiente e stimolato) con ilnuovo MEP con body largo (GEM 88 mm x 88 mm) per il quale non ci aspettiamo un accumuloaibordi per via delladistanzadelleparetilaterali del body dallaregioneattivacentrale.

15. Sviluppo software • Software per l’analisi del fascioinclinato. • Software per l’analisi del fondo. • Modifiche al software di analisidelletracce per tenercontodellefluorescenzenell’ Argon (Pisa) con trattamentodei clusters separati in un frame. • Software per mixareimmaginiacquisite in misure diverse.

16. Fine

17. Alternative X-ray sources The polarized source could be produced starting from an ultra-compact low voltage X-ray generator produced by Amptek: Amptek Cool-X: Pyroelectric Cristal Low operative voltage (9V) Equivalent to a 2 mCi X-ray source. Cu lines + Bremmstrahlung + germanium (333) and graphite to make a polarized X-ray sources Principle of operation The nude cool-X