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Tesi etd-07062009-052601


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
ROGNINI, EDOARDO
URN
etd-07062009-052601
Title
Sviluppo di un polarimetro per astronomia X
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE
Supervisors
relatore Prof. Bellazzini, Ronaldo
correlatore Dott. Brez, Alessandro
Parole chiave
  • polarimetria
  • Gas Pixel Detector
  • astronomia X
Data inizio appello
21/07/2009;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
La polarimetria nella banda X, cioè l'insieme delle tecniche per effettuare misure relative alla polarizzazione della radiazione, è un campo di ricerca che non ha conosciuto significativi sviluppi negli ultimi 30 anni. Le tecniche classiche di misura della polarizzazione, ovvero la riflessione di Bragg e lo scattering Thompson, non hanno permesso di sviluppare strumenti dotati della necessaria efficienza e precisione. Attualmente è in sviluppo un polarimetro appartenente alla classe dei rivelatori a gas, il polarimetro GPD (Gas Pixel Detector), destinato alla misura di polarizzazione dei raggi X nella banda di energia 2-10 keV. A differenza degli strumenti classici questo sistema usa l'effetto fotoelettrico: l'assorbimento di un fotone provoca l'emissione di un fotoelettrone la cui direzione di moto è preferenzialmente vicino alla direzione del campo elettrico del fotone assorbito, ovvero con il vettore polarizzazione. Il GPD è in grado di ricostruire su un piano di pixel di 50 micron di passo la traccia di ionizzazione rilasciata dal fotoelettrone in un gas (He-DME). Gli elettroni di ionizzazione primaria sono amplificati da un Gas Electron Multiplier (GEM) e raccolti da un ASIC a pixel in cui ogni pixel è dotato di una catena elettronica completa. Il GPD ha alta sensibilità alla polarizzazione, ottime capacità di imaging che lo rendono particolarmente insensibile al background, la capacità spettroscopica tipica di un rivelatore proporzionale. L'alta sensibilità già dimostrata da questo strumento lo ha fatto scegliere come rivelatore di piano focale di diversi telescopi attualmente in progetto.

Lo scopo principale di questo lavoro è la caratterizzazione di un GPD dotato di un GEM di un nuovo produttore (SciEnergy Japan) e di materiale diverso (liquid crystal polimer) rispetto ai GEM utilizzati fino ad ora (produzione CERN, materiale Kapton). Due miscele di gas sono state investigate: DME puro a 0.8 bar, una miscela con proprietà molto vicine alla miscela base He20-DME80 a 1bar prevista nel GPD XPOL, polarimetro previsto sul piano focale del telescopio International X-ray Observatory (IXO). La seconda miscela è He50-DME50 a 1 bar. Questa miscela è stata caratterizzata in vista di possibili applicazioni con telescopi con ottiche sensibili a energie sotto i 2 keV.

I primi capitoli della tesi richiamano i concetti di polarizzazione ed elencano diversi obiettivi scientifici che dimostrano la vastità di interesse di una missione polarimetrica X: dallo studio dei Super Nova Renmants, possibile con la polarimetria risolta spazialmente, a quello delle pulsar, alle sorgenti binarie X, a gamma ray bursts, ai solar flares, agli Active Galactic Nuclea per finire alla polarimetria risolta in energia per lo studio di test di loop quantum gravity.

Seguono la descrizione sommaria delle tecniche polarimetriche utilizzate in passato e la descrizione dettagliata del GPD, del suo funzionamento, degli algoritmi di ricostruzione delle tracce e alcuni cenni sul simulatore Monte Carlo.

La tesi prosegue descrivendo gli apparati di test presso l'INFN di Pisa e presso l'IASF INAF di Roma II.

I test effettuati con il nuovo rivelatore riempito con la miscela DME a 0.8 bar e qui presentati, hanno dato ottimi risultati di uniformità di risposta, risoluzione spettroscopica e una sensibilità alla polarizzazione in linea con quanto prevedibile da un GEM a 80 micron di passo.

I test effettuati con la miscela He50-DME50 a 1 bar ne hanno confermato l'alta sensibilità alla polarizzazione attormo ai 2 keV, anche se hanno evidenziato problemi di bassa risoluzione energetica.

In conclusione si fa un beve paragone fra il GPD pevisto dal Payload Definition Document di IXO con il GPD studiato in questa tesi.
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