Rivelatori gamma innovativi per monitoraggio ambientale dallo spazio

The study of gamma rays in the MeV-GeV region represents one of the most interesting scientific challenges currently. The scientific community is, in fact, focusing on the creation of new generation detectors, providing better performance than current experiments. The PhD project, therefore, proposes an R&D activity of innovative gamma ray detectors for the new generation of satellite-borne experiments for gamma rays of medium-low energies, more precisely in the sub-GeV region, exploiting the technology of the Silicon PhotoMultipliers (SiPMs). The proposed detector has a modular structure, where each module is composed of a thin scintillator crystal coupled with two perpendicular planes of WLS (WaveLength Shifting) fibers, read-out by SiPMs. This type of detector could be used for scientific applications, in the detection of astrophysical gamma rays, but also for terrestrial applications, with industrial implications, for environmental radioactivity monitoring from space or from unmanned aerial vehicles (UAVs). A prototype detector was assembled, characterized using cosmic rays and a weakly radioactive Sr90 source, and tested with a pion and ion beam at the CERN facilities in Geneva.

Lo studio dei raggi gamma nella regione MeV-GeV rappresenta una delle sfide scientifiche attualmente più interessanti. La comunità scientifica si sta infatti focalizzando sulla realizzazione di rivelatori di nuova generazione, in grado di fornire prestazioni migliori rispetto agli esperimenti in corso. Il progetto di dottorato propone quindi un'attività di R&D di rivelatori innovativi di raggi gamma per esperimenti di nuova generazione a bordo di satellite per raggi gamma di energie medio-basse, più precisamente nella regione del sub-GeV, sfruttando la tecnologia dei fotomoltiplicatori al silicio (SiPM). Il rivelatore proposto ha una struttura modulare, in cui ogni modulo è composto da un sottile cristallo scintillatore accoppiato a due piani perpendicolari di fibre scintillanti WLS (WaveLength Shifting), lette da SiPM. Questo tipo di rivelatore verrebbe impiegato in applicazioni scientifiche, per la rivelazione di raggi gamma di origine astrofisica, ma anche per applicazioni terrestri, con ricaduta industriale, per il monitoraggio della radioattività ambientale dallo spazio oppure da velivoli senza equipaggio (UAV). E' stato assemblato un prototipo di rivelatore, caratterizzato mediante raggi cosmici e sorgente Sr90 debolmente radioattiva e testato con fascio di pioni positivi e ioni alle facilities del CERN di Ginevra.