Calibrazione dei fotomoltiplicatori di Ama, esperimento spaziale per la ricerca dell'antimateria

Il lavoro sperimentale su cui si basa questa tesi è stato condotto in collaborazione con uno dei gruppi di ricerca responsabili della costruzione dello spettrometro magnetico per il progetto AMS di ricerca di nuclei di antimateria nello spazio.
L’esperimento viene descritto nel primo capitolo con un particolare rilievo sul sistema per la misura del tempo di volo , la cui realizzazione è interamente a cura del gruppo italiano di Bologna; il tempo di volo viene comunemente indicato con la sigla TOF, dalle iniziali della traduzione in inglese di questa grandezza (Time Of Flight) e con la stessa sigla viene identificato il sistema in costruzione.
Esso si compone di quattro piani di contatori a scintillazione plastici, visti in entrambi i lati da tre fotomoltiplicatori con la funzione di trasformare la luce di scintillazione prodotta dai contatori in segnali elettrici.
Il secondo capitolo è dedicato appunto ai fotomoltiplicatori, che sono l’oggetto del lavoro sperimentale che questa tesi vuole presentare. Dopo una trattazione introduttiva delle caratteristiche generali di un fotomoltiplicatore, viene presentato il tipo di dispositivo scelto per l’esperimento AMS ovvero il modello R5900 Hamamatsu.
Nella seconda parte del capitolo verranno esposti i criteri su cui si è basata la scelta; vedremo che quello con la maggior priorità è stato l’accordo con le limitazioni in peso, ingombro e potenza elettrica che distinguono un esperimento spaziale.
Nel terzo capitolo viene esposta la parte principale del mio lavoro di tesi; avendo in totale 56 scintillatori (14 per ognuno dei quattro piani) è stato infatti necessario procedere ad una caratterizzazione individuale dei 336 fotomoltiplicatori loro abbinati allo scopo di individuare la relazione che lega il loro fattore di guadagno alla tensione di alimentazione.
Le misure di caratterizzazione condotte su 380 fotomoltiplicatori (di cui il 10% viene tenuto come riserva), vengono descritte nel terzo capitolo sia dal punto di vista fisico che metodologico. Vengono presentati i risultati delle calibrazioni, alcune statistiche di interesse ed i criteri adottati per selezionare i sei fototubi che andranno montati su ciascun contatore. In appendice A vengono riassunti i risultati della caratterizzazione di ciascun fotomoltiplicatore in forma di tabella). Il capitolo termina con i risultati di una simulazione dell’apparato sperimentale utilizzato per le misure allo scopo di stimarne gli effetti sulle risposte dei fototubi e, come vedremo, sono consistenti con le prove sperimentali eseguite a confronto.
L’ultimo capitolo prende infine in considerazione i trattamenti a cui abbiamo sottoposto i fotomoltiplicatori allo scopo di renderli idonei alle particolari condizioni di lavoro che dovranno affrontare nello spazio; si è provveduto in particolare ad un isolamento elettrico in grado di prevenire fenomeni di scarica correlati alle bassissime pressioni tipiche dello spazio. Il problema delle scariche è spiegato brevemente come introduzione al capitolo che termina con la descrizione dettagliata delle due tecniche di spazializzazione applicate e con un accenno al problema del campo magnetico.
L'appendice, come già accennato, presenta il resoconto in forma di tabella dei dati salienti relativi ai 380 singoli fotomoltiplicatori scelti per il montaggio finale sui plastici scintillatori del sistema TOF; essi sono stati selezionati dalla banca dati realizzata ad uso interno del gruppoAMS che raccoglie sia le caratteristiche
tecniche fornite dalla casa costruttrice (Hamamatsu Photonics K. K.) che i risultati delle misure condotte in laboratorio per ognuno dei dispositivi a disposizione.