MICRO
L'obiettivo scientifico dell'esperimento MICRO (coMpact-electronIcs soC paRticle-detectors e biOluminesceNce) è lo sviluppo di rivelatori All-In-One (rivelatori, elettronica, daq), utilizzando sistemi di circuiti integrati commerciali (SoC) di ultima generazione, per il rilevamento di particelle o misura dei flussi di fotoni generati dalla reazione chimica di bioluminescenza e chemiluminescenza.
Il primo rivelatore di particelle a scintillazione All-in-One basato su SiPM è stato sviluppato dal gruppo di Roma, combinando la maturità raggiunta dal design misto System On Chip (analogico / digitale) con quella dei sensori fotomoltiplicatori di silicio di ultima generazione nel rivelatore ArduSiPM [1]. Il suo primo utilizzo fu in progetti di fisica medica CSN5 come Chirone [2] [3] e come monitor della perdita di fascio al CERN [4].
Nel corso del 2020, il progetto annuale CSN5 SLICE (Soc eLectronIcs Compact dEtector), mirava ad esplorare possibili nuovi campi di applicazione di questi rivelatori ottimizzando sensori, componenti, soluzioni circuitali e firmware, per la realizzazione di nuove generazioni di All-in-One rivelatori. Questo tipo di rivelatore è molto efficace nelle applicazioni fisiche dove la densità del canale è bassa e dove il sistema di acquisizione potrebbe essere più ingombrante del rivelatore stesso. Il basso costo di questi dispositivi li ha resi disponibili in aree dove, fino ad ora, l'uso di sistemi così performanti era impensabile, come la divulgazione, l'istruzione o la citizen science[6].
Il basso consumo (<1 Watt) e l'estrema compattezza rendono questo tipo di strumentazione promettente per uso aerospaziale su palloni stratosferici, su Cubesat, sulla Stazione Spaziale Internazionale e in eventuali missioni lunari, sia come rilevatore di raggi cosmici che come monitor di radiazione . Una prima validazione è già stata effettuata attraverso lanci su un pallone stratosferico “leggero” fino a 36.000 metri. Una versione tollerante alle radiazioni per applicazioni su cubesat in MEO (Medium Earth orbit) è allo studio in collaborazione scientifica con Microchip Technology.
Un nuovo campo di applicazione di questi rivelatori è nella chimica analitica, dove sono stati ottenuti risultati molto promettenti come fotometri per biosensori [5]. In questo settore, l'utilizzo del SiPM in strumenti portatili o da campo è del tutto innovativo. L'emergenza Covid-19 e le evidenze sperimentali su l'ottima risposta dei SiPM come fotometri, hanno portato il gruppo di Roma, insieme all'UniBo Analytical Chemistry Dip e al CNR IMM Catania, a proporre la FISR "GeneHunter", (PI Valerio Bocci INFN Roma). Lo scopo di questo progetto, se approvato, è creare un sistema portatile per la ricerca sul campo dei segmenti di RNA Sars-Cov-2 nelle acque reflue.
MICRO vuole sfruttare l'esperienza acquisita con ArduSiPM e SLICE con le esigenze nate in nuovi ambiti applicativi molto promettenti, principalmente quello dei biosensori e quello dei monitor di radiazioni per applicazioni aerospaziali (EUSO-SPB2, SPB, Cubesat), sviluppando nuovi sistemi di tutti -in-one rivelatori che sfruttano al meglio le tecnologie attuali senza perdere l'attuale posizione di precursori in questo campo.
Riferimenti[1] [doi:10.1109/nssmic.2014.7431252] Bocci, V., Chiodi, G., Iacoangeli, F., Nuccetelli, M., & Recchia, L. (2014, November). The ArduSiPM a compact trasportable Software/Hardware Data Acquisition system for SiPM detector. 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC). https://doi.org/10.1109/nssmic.2014.7431252
[2] [doi:/10.1038/s41598-018-34626-x] Collamati, F., Bocci, V., Castellucci, P., De Simoni, M., Fanti, S., Faccini, R., Giordano, A., Maccora, D., Mancini-Terracciano, C., Marafini, M., Mirabelli, R., Morganti, S., Schiavina, R., Scotognella, T., Traini, G., & Solfaroli Camillocci, E. (2018). Radioguided surgery with β radiation: a novel application with Ga68. Scientific Reports, 8(1). https://doi.org/10.1038/s41598-018-34626-x
[3] [doi:10.1088/1748-0221/12/11/P11006] Carlotti, D., Collamati, F., Faccini, R., Fresch, P., Iacoangeli, F., Mancini-Terracciano, C., … Bocci, V. (2017). Use of bremsstrahlung radiation to identify hidden weak β− sources: feasibility and possible use in radio-guided surgery. Journal of Instrumentation, 12(11), P11006–P11006. https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/11/p11006
[4] [doi:10.1140/epjc/s10052-018-5985-8] Scandale, W., Andrisani, F., Arduini, G., Cerutti, F., Garattini, M., Gilardoni, S., Masi, A., Mirarchi, D., Montesano, S., Petrucci, S., Redaelli, S., Schoofs, P., Rossi, R., Breton, D., Chaumat, D., Dubos, S., Maalmi, J., Natochii, A., Puill, V., … Raymond, M. (2018). Study of inelastic nuclear interactions of 400 GeV/c protons in bent silicon crystals for beam steering purposes. The European Physical Journal C, 78(6). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-018-5985-8
[5] Marcello D'Elia "Luminescent biosensors for forensic applications based on new ultrasensitive Silicon Photomultiplier detector " Alma Chemistry Ph.D. thesis MaterStudiorum Univ Bologna
[6] https://sites.google.com/view/particle-detectors/home
Siti web:
Opportunità di Tesi:
Realizzazione e caratterizzazione di rivelatori di fotoni/particelle compatti All-In-One di seconda generazione.
Descrizione: La contemporanea comparsa nel 2014 di rivelatori a stato solido di tipo Silicon Photomultiplier con caratteristiche nettamente superiori alle generazioni precedenti e di nuovi microcontrollori, dotati di discrete capacità computazionali e di periferiche analogiche performanti, ha consentito lo sviluppo del primo rivelatore a scintillazione All-In-One ArduSiPM a basso costo basato sull’uso di un solo System On Chip (SoC). I nuovi SoC, con supporto alle connessioni internet e maggiore potenza computazionale (340 MHz), e nuovi TDC ad alta risoluzione (50 ps) offrono la possibilità di esplorare rivelatori di seconda generazione ancora più compatti per l’uso su satelliti, palloni stratosferici, biosensori per chimica analitica, esperimenti di fisica delle alte energia a grande volume con bassa densità.Proponente: Valerio Bocci.
Responsabile
Valerio Bocci| Nome | Cognome | Ruolo | Qualifica |
|---|---|---|---|
| Valerio | Bocci | Dipendente | Primo Tecnologo |
| Giacomo | Chiodi | Dipendente | Collaboratore Tecnico |
| Francesco | Iacoangeli | Dipendente | Tecnologo |
| Luigi | Recchia | Dipendente | Collaboratore Tecnico |