I rivelatori di particelle di ALTEA: parte 2

Torniamo dunque a parlare dei rivelatori di particelle di ALTEA. Ricordiamo brevemente (come abbiamo visto qui) che ogni rivelatore (SDU) è formato da 6 piani di silicio e che ogni piano è formato da due chip di silicio affiancati, ognuno dei quali segmentato in 32 strip. I piani sono segmentati alternativamente in direzioni ortogonali, in modo che una coppia di piani possa definire una coordinata nello spazio (dove x e y sono dati dalle strip colpite e la z dalla posizione dei piani). Per semplificare quindi ogni coppia di piani definisce una griglia da 32×64 punti.

Abbiamo anche visto che al passaggio di una particella nel silicio, si liberano degli elettroni nella struttura del silicio (formando delle coppie elettrone-lacuna) e grazie alla polarizzazione del silicio gli elettroni vengono raccolti da un elettrodo posto ad un estremo del silicio. Questo elettrodo è collegato ad un amplificatore che converte la carica in un segnale elettrico (una tensione). Quindi il passaggio di una particella produce un segnale su sei strip della SDU (una strip per piano). Questi segnali (analogici) vanno poi convertiti in segnali digitali (in numeri) che possano essere poi inserito in un pacchetto dati e inviato all’unità centrale. Al termine del processo avremo un qualcosa che assomiglia a questo:

Piano 1 2 3 4 5 6
Strip 2 15 4 15 6 15
Segnale 100 102 98 101 99 105

In un tipo di pacchetto come questo sono racchiuse le seguenti informazioni sulla particella:

  • ha rilasciato in totale 605 unità di energia (unità arbitrarie che andranno calibrate)
  • ha seguito una traiettoria leggermente inclinata nella proiezione x (piani 1, 3 e 5) in quanto la strip colpita (2, 4 e 6) cambia di due posizioni ogni piano
  • ha seguito una traiettoria perfettamente verticale nella proiezione y (piani 2, 4 e 6) in quanto in tutti i piani è sempre la strip 15 ad essere colpita.

Ovviamente non è tutto così semplice. Partiamo dalla conversione del segnale analogico in digitale. Per questa conversione è necessario utilizzare un componente elettronico denominato ADC (Analog to Digital Converter). Si potrebbe porre un ADC al termine della catena di amplificazione di ogni strip, ma in questo modo avremmo bisogno di 384 ADC per ogni SDU, il che significa una mole enorme di componenti elettronici, di elettronica di controllo, ecc., il che aumenterebbe a dismisura complessità, consumi e dimensioni del rivelatore.

Nel caso di ALTEA  si è scelto di utilizzare un solo ADC per ogni SDU, in modo da rendere più semplice l’elettronica, e di gestire la conversione dei segnali in modo seriale, convertendoli cioè in sequenza e non tutti contemporaneamente. In questo modo abbiamo un solo ADC al posto di 384, ma la conversione del segnale di una particella è molto più lenta in quanto consiste in una sequenza di 384 conversioni.

Ma il problema più grande è che non sappiamo a priori dove è passata la particella (e quindi quale strip leggere). Se dovessimo convertire tutte le strip per vedere dove è passata la particella perderemmo un sacco di tempo e il nostro sistema sarebbe lentissimo ed inefficiente. Per cui si procede in questo modo.

In realtà ad ogni strip sono connesse due diverse catene di amplificazione. La prima è quella che abbiamo descritto sopra, è molto accurata e viene usata per leggere il dato definitivo. La seconda è una linea più veloce che viene utilizzata per generare quello che nei rivelatori è definito il segnale di trigger (cioè un segnale binario che si accende al passaggio di una particella dicendoci solo se c’è o non c’è). Per generare il segnale di trigger vengono utilizzati dei comparatori (particolari componenti che confrontano il segnale in ingresso con un segnale di riferimento e che in uscita segnalano solo quando il segnale in ingresso è maggiore del riferimento). Ogni comparatore ha in ingresso il segnale sommato di quattro strip. Abbiamo dunque 16 comparatori su ogni piano. La linea di trigger grazie ai comparatori non necessita di conversioni analogico-digitali. Ovviamente non abbiamo informazioni sull’energia rilasciata, sappiamo solo che è maggiore di una certa soglia indicata dal valore di riferimento.

Al passaggio di una particella il primo segnale viene generato dalla linea di trigger (che è la più veloce). Se c’è un segnale da almeno uno dei comparatori di ogni piano (c’è quindi un trigger valido) mediante altri componenti elettronici il segnale sulla prima catena di amplificazione viene congelato in attesa della conversione. A questo punto poiché abbiamo 16 comparatori in ogni piano sappiamo anche quale gruppo di strip ha generato il segnale e andremo a convertire solo quello. In questo modo convertiamo solo 4 strip su ogni piano, e quindi 24 strip al posto di 384, velocizzando tutto il processo di 16 volte.

Riassumendo abbiamo visto come si ricostruisce una traiettoria a partire dalle informazioni del rivelatore, come si genera un segnale di trigger e cosa si può fare per semplificare il sistema senza però rallentare tutto eccessivamente. Nei prossimi post vedremo come si gestisce l’informazione sull’energia, come si calibra un sistema e come non tutto sia ancora risolto.

Se pensate debba disegnare degli schemi per rendere il tutto comprensibile, lasciatemi un commento. Vedrò di trovare un pò di tempo (… e se riesco ad ottenere dei feedback ;-))

Questa voce è stata pubblicata in Divulgazione, Physics, Science, Strumenti e contrassegnata con , , , , . Contrassegna il permalink.

Lascia un commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...