virtuosismi elettronici

Abbiamo dovuto affrontare questo problema: la nostra strumentazione non ci consente di regolare la soglia superiore della finestra di energia. Lo spettro nella zona dove vorremmo tagliare è molto ridotto quindi non dovremmo avere troppa interferenza. Tuttavia TTF ha dato sfoggio di virtuosismo elettronico costruendo il circuito di cui riporto lo schema:


Poiché la manopola HIGH non funziona sdoppieremo il segnale proveniente dal pre-amplificatore del NaI su due ingessi: uno resterà LOW e uno verrà negato ( il prezzo da pagare sarà il dimezzamento del segnale stesso, ma questo non è un problema). Effettueremo quindi un AND fra i due segnali al fine di realizzare la finestra di energia.

Problema: in laboratorio i segnali in uscita dagli amplificatori e in ingresso al computer sono in TTL, mentre la logica è NIM; è dunque necessario mandare i segnali in un convertitore TTL-NIM sia prima dell’AND (che lavora sul segnale NIM) che dopo (dobbiamo riconvertire l’output in TTL affinché possa esser mandato correttamente al gate) .

Problema: il segnale di veto è leggermente ritardato rispetto al segnale di conferma, quindi sommandosi potrebbero dare delle coincidenze che non vogliamo. E’ quindi necessario fare in modo che il segnale di veto sia “allargato” (da entrambi i lati) rispetto a quello di conferma e a questo scopo lo manderemo nel timer (si veda schema del circuito) prima di effettuare l'AND. Osserviamo con l'oscilloscopio che ci sono ancora delle (brevissime) aperture di gate, probabilmente dovute alla fluttuazione della risoluzione temporale del rivelatore. Secondo TTF il problema è facilmente aggirabile introducendo un ulteriore ritardo sul segnale. La situazione migliora ma non si sistema (fra l'altro dubbi sul corretto funzionamento del dispositivo di ritardo)

Questo a grandi tratti è lo schema spiegato nel modo più semplice che mi sia venuto in mente; poi copierò il disegno di mattia e tutto sarà più chiaro =)

RELAZIONE

In the last part of our experiment we performed measures about angular correlation in nuclear decays. In order to do that, both our detectors have been useful. The experimental setup is shown in Figure XX: while the HPGe was obviously fixed on the ground, the NaI scintillator was able to move around a pivot, on the top of which the radioactive source was put. This apparatus permitted to mantain (allowed to maintain) a constant distance between the source and the two detectors, while the angle between the HPGe and the NaI could vary.

The NaI scintillator worked like a trigger: the signal taken by the Germanium detector was accepted if and only if the NaI detected something in coincidence in a certain range of Energy.

In order to create this Energy window we intended to use the TISCA gate of the amplifier: unluckily only the lower gate worked properly. So we had to create a small circuit with two AMP-Tisca in order to have a fully working Energy gate. The circuit is shown in Figure XX: the signal from the NaI preamp has been divided into two thanks to (through) a T-shaped connector. The first signal was immediately the lower gate while the negation of the latter was intended to be the upper gate: the AND of the two would be definitely our Energy gate.

Here some small complications appeared. First of all, the output signals of the AMPs and the input signals of the personal computer are in TTL standard, while the Logical Modules work in NIM standard: we had to put a TTL-NIM conversion before the AND module and a NIM-TTL before the PC.

The second matter dealt with timing. The upper gate signal (a kind of a veto) arrived some nanoseconds before the opening signal (made by the lower gate): this could make our Energy gate unreliable, creating more coincidences than the real and expected ones. To solve this problem we inserted a delay line just after the High Energy gate. That delay line made the veto signal wider, with the opening gate signal completely included in it.

NA22

The setup described in the previous section made us able to study the back to back production of gamma rays in Sodium 22. The decay scheme of Na22 is simple: Na22 decays Beta-plus on an excited state of 22Ne, which decays emitting a high energy photon of 1.274 MeV. The positron emitted in Beta-plus decays annihilates almost immediately with an electron of Na22, producing a couple of gamma rays in opposite directions, having the energy of the rest mass of the electron, 0.511 MeV.

[IMMAGINE DELLO SCHEMA DEL NA22]

First of all we calibrated the Energy window using the tecnique described before between the NaI scintillator and itself.

{da finire}

Osservazioni sulle coincidenze

Sono state concluse le prime misure di coincidenze per il Na22 (in modo molto qualitativo).

Abbiamo selezionato una energy window per il NaI attorno al picco di 511Kev (in modo un po’ barbaro per via dei problemi di cui parleremo nel prossimo post); ciò significa che il software accetterà le misure dell’altro rivelatore solo quando NaI rivelerà un gamma a 511 Kev.

Ruotando il NaI abbiamo osservato dei conteggi solo quando il rivelatore si trovava diametralmente opposto al HpGe rispetto alla sorgente (tolte le coincidenze casuali ecc.. ..). Abbiamo quindi supposto che l’emissione da parte del Na22 avvenisse a 180 gradi, cosa che ci proponiamo di verificare in modo più accurato quando TTF ci fornirà una sorgente un po’ più attiva. Lo spettro ottenuto è quello in immagine (da caricare). Osserviamo una riga a 511 (che era quella attesa per le coincidenze), ma anche un picco intorno a 1274 Kev che è l’energia di decadimento del Ne22 (ottenuto dal decadimento beta del Na22). Ruotando il NaI ci aspettiamo di vedere sempre questo picco poiché il decadimento non avviene in direzioni preferenziali. Infine notiamo un picco dato dalla somma dei precedenti (si ha un conteggio quando le energie del decadimento beta e dal decadimento del Ne arrivano contemporaneamente al HpGe).

Tutto ciò verrà rivisto quando valuteremo la correlazione angolare.

Assorbimento e Cross Section Pb

UPDATE 1 MAGGIO modificato il programma crosssection.C, ora fornisce in più la sezione d'urto corretta, in un nuovo post spiegherò come funziona. M.
UPDATE 2 MAGGIO bisogna togliere i fondi dalle righe, aggiungere le nuove linee prese da Laura e magari aggiungere pure dei valori teorici presi dal sito del NIST. il tutto verrà bello e splendente come nei post successivi su Pb e H2O. ciao, M.

Idem per il Pb. Conteggi vs mm di pb, e "qualcosa proporzionale alla sezione d'urto"



Ecco la sezione d'urto con il nuovo programma crosssection.C


La riga naturale a 1460Kev va ovviamente eliminata in quanto non significativa.

Assorbimento e Cross Section H2O

Mostro i grafici per la cross section dell'acqua, ottenuti col programma assorbimento_jack.C
I dati corrispondono ai conteggi di 5 linee del Torio lasciato per 10 minuti sul rilevatore, con la procedura d'integrazione descritta nel post precedente. Ecco quindi Conteggi Vs Cm(H2O)


E qui la sezione d'urto totale dell'acqua a diverse energie. In realtà questo è il parametro mu, legato con una proporzionalità diretta alla sezione d'urto (bisogna quindi scalare la grandezza e aggiustare l'unità di misura)


NB a 1460 KeV la sezione d'urto è compatibile con 0 poichè la riga proviene dal fondo naturale-

De correlatione angulari gamma-radiationis

Phys. Rev. 78, 558 - 566 (1950)
Angular Correlation of Successive Gamma-Rays
E. L. Brady ^* and M. Deutsch

http://wedge86.altervista.org/GammaLab/p558_1.pdf

Ricetta per la sezione d'urto

Sono stati completate le analisi dati per gli assorbimenti. Queste sono state fatte utilizzando il programma assorbimento_xxxx.C, uno per ogni tipo di materiale assorbente (due per l'acqua, uno per ogni set di misure).
Per ogni materiale si sono scelte un certo numero di righe ed ognuna di essa è stata fittata con FitMattia.C per ogni misura con un diverso spessore di materiale assorbente.
Nel programma bisogna inserire manualmente nei corrispondenti array gli spessori di assorbente per ogni misura, il valore di ogni riga (l'integrale della gaussiana) corrispondente ai diversi spessori (e cioè alle diverse misure) e l'energia delle diverse righe. Per ogni array bisogna mettere anche i corrispondenti errori. Bisogna anche ricordarsi di editare anche la legenda e i titoli dei grafici.
Il programma fa quindi un multigraph in cui c'é un grafico per ogni riga che viene fittato con una gaussiana. Il valore del coefficiente dell'esponenziale ottenuto è il mu di quel materiale per quella energia ( mu - sez_d'urto ). I mu poi vengono messi tutti in un grafico in funzione dell'energia.
In tutte le misure si è inserita anche la riga a 1460.8, che è la riga naturale del potassio-40: questa non dipende dallo spessore e infatti si ottiene un mu (e quindi anche una sezione d'urto) compatibile con lo zero.

Programmini utili

Ci sono due nuovi programmi utili per l'elaborazione dati aggiunti alla libreria del magnifico gruppo gamma.

1) conversione.C

Funzione-> Converte i parametri della gaussiana ottenuta facendo il fit di un picco di energia con FitMattia.C (ovvero il fit con la posizione del picco e l'FWHM della riga espressi in canali) in energia; trasforma quindi peak_position, err_peak_position, FWHM, err_FWHM in valori di energia(keV con la calibrazione solita).

Opzioni-> Prima dell'inserimento del nome del file da convertire richiede se si vogliono impostare manualmente i parametri a, b, erra, errb per la conversione con la formula E = a + b * Ch, che altrimenti sono già inizializzati come in FitMattia2.C (a = -5.985767; b = 0.3956633; erra =0 ; errb = 0).

Input-> Il file che si manda in input deve contenere rigorosamente solo righe del tipo:
peak_height // err_peak_height // peak_position // err_peak_position // FWHM // err_FWHM
ovviamente senza il "//" che serve solo per evidenziare bene sopra. Il file può avere quante righe si vuole.
N.B. Fare bene attenzione a non lasciare degli spazi alla fine delle righe, altrimenti rischia di fare errori, in particolare nell'ultima riga (mi è successo che la stampasse due volte convertita visto che non trovava l'eof() ).

Output-> Per ogni riga del file in input viene creata una riga corrispondente nel file in output (conversione.data), salvato nella stessa cartella. Le righe quindi si corrisponderanno da un file all'altro (la riga 1 dell'input viene convertita nella riga 1 dell'output, ecc).

Problema-> Nella mia prova le conversioni corrispondevano ai fit fatti direttamente con FitMattia2.C, tranne che per l'err_FWHM che mi veniva il doppio. Forse è un caso perché ho fatto poche prove, comunque il programma andrebbe testato un po' meglio.

2)integrazione.C

Funzione-> prende una riga del tipo
peak_height // err_peak_height // peak_position // err_peak_position // FWHM // err_FWHM
con i parametri di una gaussiana di un picco di energia ottenuta con FitMattia.C (eventualmente dovrebbe funzionare anche con righe ottenute con FitMattia2.C) e dà l'integrale della gaussiana (cioè nel nostro caso il numero totale dei conteggi) e l'errore dei conteggi (per ora solo quelli di conteggio, cioè la radice dei conteggi).Le formule per ottenerlo sono:

integrale = sqrt(2*pigreco) * sigma * peak_height
sigma = FWHM/(2*sqrt(2*log(2)))

Input->Il file che si manda in input deve contenere rigorosamente solo righe del tipo:
peak_height // err_peak_height // peak_position // err_peak_position // FWHM // err_FWHM
ovviamente senza il "//" che serve solo per evidenziare bene sopra. Il file può avere quante righe si vuole.
N.B. Fare bene attenzione a non lasciare degli spazi alla fine delle righe, altrimenti rischia di fare errori, in particolare nell'ultima riga.

Output-> Per ogni riga del file in input viene creata una riga corrispondente nel file in output (conversione.data), salvato nella stessa cartella. Le righe quindi si corrisponderanno da un file all'altro (la riga 1 dell'input viene convertita nella riga 1 dell'output, ecc).

Problema-> Bisognerebbe ragionare un attimo su un modo migliore di dare l'errore.

Studio di Linearità per rilevatore HPGe

Per il nostro rilevatore al Germanio ho effettuato lo studio di linearità, con un po' di linee del torio e del radio, le stesse utilizzate per la calibrazione energia contro canale. Il file linearita.C si piglia in ingresso valore teorico, valore misurato + errore, fwhm + errore e fa il rapporto dell'errore/valore teorico per poi plottarlo (i dati sono contenuti in linearita.data).

Et voilà.

il fattore di Fano, e altre storie

Il fattore di Fano, che indica la deviazione dall'idealità poissoniana del processo, calcolato come
F= b^2 / W*2.35^2 , ove W è l'energia necessaria per la produzione di una coppia (2.9eV per il Germanio)

F = 0.0716109 errF 0.00194971 con il calcolo con tutti e tre i parametri liberi
F = 0.0981652 errF 0.00125555 con il calcolo fissando il parametro a=par[1]

nel post precedente si nota una grande deviazione per la linea attorno ai 2100 volt: in tale punto si sovrappongono infatti la fuga della linea del tallio a 2614 volt ed una linea del decadimento deli figli del torio: dato da buttare.

Studio di Risoluzione

Effettuato studio di risoluzione per il rilevatore al germanio

La risoluzione è data dalla somma di un termine elettronico, un termine stocastico ed uno costante. Il programma di riferimento è risoluzione.C.

R = FWHM / E = a/sqrt(E) + b/E + c
(la somma è da intendersi in quadratura)

Il termine di nostro interesse sarà b, legato al fattore di Fano, che calcoleremo nel prossimo post.



In energia.data ci sono una ventina di picchi e fwhm corrispettive presi con FitMattia2.C da torio1.Spe, esposto per un'ora e mezza. Per avere più picchi (cosa da fare!!!!!) abbiamo anche torio3.Spe con tempo di esposizione di 3 ore ed è in corso anche una misura del campione di Radio, che riprenderemo mercoledì.

Secondo approccio

Poichè i dati presi con l'impulsatore risentono del solo termine elettronico, si è preso il parametro a=P[o] direttamente da imp003.Spe e lo si è fissato nel fit precendete di risoluzione.C


Il risultato per b=P[1] è leggermente diverso e questo comporta una diversa valutazione del fattore di Fano, su cui torneremo nel prossimo post.

Nuova Calibrazione

Avendo cambiato lo shaping time, si è dovuto anche ricalibrare Energia contro Canale.

Vediamo i grafici (dati contenuti in gercal3.data) per la cui spiegazione si rimanda a http://terzoannolab.blogspot.com/2008/04/canali-vs-energia-per-germanio.html


Abbiamo quindi i nuovi valori, inseriti anche in FitMattia2.C
float a= -5.985767;
float b= 0.3956633;

EDITED 15 MAGGIO: nuovo grafico con più punti

i parametri a e b sono cambiati, ma di molto poco

Impulsatore

Stamattina siamo riusciti a far funzionare l'impulsatore.
I file Impulsatore/imp***.Spe contengono un segnale a spada con i soliti diversi shaping time. qui si vede in modo molto più evidente che il minimo si trova a 3microsecondi. Nella misura precedente si poteva discutere sullo step 2 o 3.

D'ora in poi tutte le misure con il rilevatore al Germanio dovranno essere fatte a Shaping Time 3microsec

Riconoscimento Righe

Per il futuro pubblichiamo anche le righe test utilizzate per il fit a 2microsecondi di shaping time.
(non ho idea del perchè questo file sia stato salvato così male, ma mi sembra si riescano a leggere comunque i numeri)

Canali vs Energia per Germanio

Trovata ottima corrispondenza Canali vs Energia per il rilevatore al Germanio. Utilizzata sorgente di Torio con shaping time di 2 microsecondi e amplificazione 50.

Ecco i parametri per il fit E=p0 + p1*Ch


Jack ed io abbiamo notato che la valutazione sul chiquadro avviene sballatissima qualora diamo a ROOT le incertezze su x e non su y. Per verificare la bontà della nostra regressione lineare abbiamo quindi provveduto anche ad un fit inverso, Ch=Ch(E), con il seguente invidiabile risultato del chiquadro.

Nota: abbiamo provato a verificare la correttezza della calibrazione (Energia vs Channel) fittando il picco del Torio che si può osservare oltre a quello da 2614.7 Kev. In natura non dovrebbe esistere una riga più energentica di quella del Tallio, ma se proviamo a sommare a 2614.7 Kev l'energia dell'elettrone (511Kev) otteniamo effettivamente l'energia del picco misurato. Questo è dovuto al fatto che due fotoni vengono scatterati nella stessa direzione e quindi le energie si sommano. Con il fit attuale il valore estrapolato si discosta di 22Kev da quello atteso.

Calibrazione Canale contro Energia

Abbiamo proceduto a effettuare una calibrazione Energia vs Canali (programma linear.C nella cartella CanaliEnergia) utilizzando le 2 righe del Na 22 e 4 righe del campione di Torio (precisamente la riga del Tallio a 2614.7 Kev, oltre alle righe a 1592.7, 583 e 29 - file canale.data)
con una funzione lineare E = p0 + p1*Ch


Come si vede il chiquadro ha un valore alto, benchè l'apparenza della retta sia ottima. Le incertezze sui punti non sono sufficienti infatti a toccare la retta di bestfit. TTF suggerisce la seguente procedura: aumentare errore finchè chiquadro ridotto non è 1, da questo quindi ricalcolare l'errore sui parametri p0 e p1 (corretto Jack?).

Primi Spettri

Vediamo i primi spettri:

SODIO (run006.Spe)

sono ben evidenti le righe a 511Kev (circa canale 1000) e a 1274Kev (circa Canale 2400)

TORIO (Run005.Spe)


Ecco ora un esempio di fit Gauss+FondoParabolico della riga a 511Kev del Sodio.

Sulla Calibrazione

Primi risultati a lunedì 7 aprile.

FIT GAUSSIANO-PARABOLICO
Creato file FitMattia.C, a partire dai files gentilmente forniti da TTF. Chiede in input un file .Spe e lo mette in un TH1F. A questo punto bisogna selezionare una parte di grafico attorno ad una gaussiana e fare tre click sul grafico stesso: il primo sul fondo, il secondo sul picco della gaussiana e il terzo su dove si ritiene che sia la larghezza a mezz'altezza. Cliccando Fit abbiamo quindi il nostro bel fit gaussiana + fondo parabolico.

DATI PRESI
Abbiamo preso:
3 set col 22Na, a diversi voltaggi
1 set (run004.Spe) con il Radio
1 set (in corso di acquisizione) con il Torio

CALIBRAZIONI DA FARE
Dobbiamo trovare i valori dei picchi e quindi calibrare Energia vs Channels (ci aspettiamo una cosa lineare)
In secondo luogo dovremo fare un grafico sulla Risoluzione in funzione dell'Energia.