composizione dei gruppi di ricerca: a) - ricercatori - AC INFN

Transcript

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
Gruppo
Struttura
Preventivo per l'anno 2002
NAPOLI
Coordinatore:
5
Paolo Russo
COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) - RICERCATORI
Spec.
1 Abate Luigi
P.A.
2 Aloisio Alberto
3 Ambrosio Michelangelo
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
ACAD
GSC2
60
MQSA
40
Percentuale
impegno
in altri Gruppi
I II III IV
5
I Ric
60
2
Dott.
4 Ammendola Giuseppe
Andreone Antonello
Barone Antonio
Bertolucci Ennio
Bloisi Francesco
Carbonara Francesco
Cassinese Antonio
Catanzariti Ezio
Cevenini Francesco
Conti Maurizio
Cristiano Roberto
D'Alesio Valentina
D'Onofrio Antonio
De Cesare Nicola
De Gennaro Emiliano
De Magistris Massimiliano
De Menna Luciano
De Nicola Sergio
Di Capua Roberto
Durante Marco
Eijnaes Mikkel
Esposito Emanuela
Falco Simone
Fedele Renato
Frunzio Luigi
Ric
Galluccio Francesca
Ric
Gambardella Umberto
Gialanella Giancarlo
Gialanella Lucio
Grossi Gianfranco
Indovina Pietro Luigi
5
MAMA
Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc.
FLUXEN
Affer.
al
Gruppo
DOSBI
Incarichi
ATER.BIOR
Dipendenti
ATER.
Cognome e Nome
N.
ATER.LINA
RICERCHE DEL GRUPPO IN %
Qualifica
P.A.
P.O.
30
70
5
60
5
60
5
P.O.
5
R.U.
5
P.A.
70
40
60
80
5
Ric
INST
R.U.
5
30
5
P.A.
5
R.U.
5
CNR
5
Spec.
5
100
60
20
100
P.S.
3
90
R.U.
3
30
60
Bors.I
NFM
R.U.
5
5
25
75
P.O.
5
20
80
CNR
5
Dott.
Univ.
P.A.
5
B.UE
5
CNR
5
Dott.
5
R.U.
30
70
80
5
40
40
20
10
60
40
5
CNR
80
5
10
5
20
60
5
P.O.
P.O.
5
AsRic
3
P.A.
5
50
40
40
40
40
20
70
20
5
Ricercatori
50
2.1 1.6 2.6 1.8
3.2
1.5
.3 4.0
Note:
INSERIRE I NOMINATIVI IN ORDINE ALFABETICO
1) PER I DIPENDENTI:
2) PER GLI INCARICHI DI RICERCA:
3) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE:
Altri_impegni
Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:
(N.B. NON VANNO INSERITI I LAUREANDI)
Indicare il profilo INFN
Indicare la Qualifica Universitaria (P.O, P.A, R.U) o Ente di appartenenza
Indicare la Qualifica Universitaria o Ente di appartenenza per Dipendenti altri Enti;
Bors.) Borsista; B.P-D) Post-Doc; B.Str.) Borsista straniero; Perf.) Perfezionando;
Dott.) Dottorando; AsRic) Assegno di ricerca; S.Str.) Studioso straniero;
DIS) Docente Istituto Superiore
4) INDICARE IL GRUPPO DI AFFERENZA
LA PERCENTUALE DI IMPEGNO NEGLI ESPERIMENTI SI RIFERISCE ALL’IMPEGNO TOTALE NELLA RICERCA, ANCHE AL DI FUORI DELL’INFN
Mod. G. 1
Gruppo
Struttura
NAPOLI
Coordinatore:
5
Paolo Russo
COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) - RICERCATORI
35 Iozzino Raffaelina
DIS
5
36 Lauria Adele
Univ.
5
P.O.
ACAD
GSC2
Percentuale
impegno
in altri Gruppi
MQSA
Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc.
MAMA
Affer.
al
Gruppo
FLUXEN
Incarichi
DOSBI
Dipendenti
ATER.BIOR
Cognome e Nome
ATER.
N.
ATER.LINA
Qualifica
I II III IV
Altri_impegni
100
5
75
38 Lissitski Mikhail
INFM
5
20
39 Maglione Grazia
Bors.
INFM
Bors.
5
60
37 Lauria Francesco
40 Maiorino Marino
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
Masullo Maria Rosaria
Mettivier Giovanni
Miano Giovanni
Minicozzi Eliana
Montesi Maria Cristina
Nappi Ciro
Ortosecco Imma
Pagano Sergio
Palmiero Rosa
Palomba Francesco
Panariello Gaetano
Parlato Loredana
Paternoster Giovanni
Peluso Giuseppe
Pepe Giampiero
Perez de Lara David
Perillo Eugenio
Prevete Roberto
Rinzivillo Raffaele
Roca Vincenzo
Romano Mario
Russo Paolo
Salluzzo Marco
Scampoli Paola
Spadaccini Giulio
Terrasi Filippo
Vaccaro Vittorio
Vaglio Ruggiero
Ric
5
5
Bors.
P.O.
30
70
50
5
40
60
5
75
P.A.
5
80
Bors.
5
CNR
5
R.U.
5
CNR
5
Univ.
1
B.P.D.
5
80
5
75
5
60
P.O.
Univ.
P.A.
30
70
20
100
10
5
P.A.
5
80
R.U.
5
70
B.UE
5
P.O.
5
Bors.
5
P.O.
50
100
5
TL
3
P.A.
3
P.A.
5
AsRic
Univ
R.U.
5
P.O.
5
80
70
30
60
5
P.O.
3
P.O.
5
P.O.
5
Ricercatori
40
40
40
20
50
60
50
20
60
2.1 1.6 2.6 1.8
3.2
1.5
.3 4.0
Note:
INSERIRE I NOMINATIVI IN ORDINE ALFABETICO
2) PER GLI INCARICHI DI RICERCA:
(N.B. NON VANNO INSERITI I LAUREANDI)
Indicare la Qualifica Universitaria (P.O, P.A, R.U) o Ente di appartenenza
Indicare la Qualifica Universitaria o Ente di appartenenza per Dipendenti altri Enti;
Bors.) Borsista; B.P-D) Post-Doc; B.Str.) Borsista straniero; Perf.) Perfezionando;
Dott.) Dottorando; AsRic) Assegno di ricerca; S.Str.) Studioso straniero;
DIS) Docente Istituto Superiore
4) INDICARE IL GRUPPO DI AFFERENZA
LA PERCENTUALE DI IMPEGNO NEGLI ESPERIMENTI SI RIFERISCE ALL’IMPEGNO TOTALE NELLA RICERCA, ANCHE AL DI FUORI DELL’INFN
Mod. G. 1
Gruppo
Struttura
NAPOLI
5
Paolo Russo
Coordinatore:
COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: B) - TECNOLOGI
Qualifica
ACAD
GSC2
MQSA
MAMA
Percentuale
impegno
in altri Gruppi
I II III IV
T.L.
1 Campajola Luigi
2 Ordine Antonio
Assoc.
Tecnologica
FLUXEN
Art.23
DOSBI
Ruolo
Incarichi
ATER.BIOR
Dipendenti
ATER.LINA
Cognome e Nome
ATER.
N.
Tecn
3 Pugliese M.Gabriella
40
T.L.
40
40
Note:
Indicare Ente da cui dipendono, Bors. T.) Borsista Tecnologo
Mod. G. 2
Altri_impegni
20
Gruppo
Struttura
NAPOLI
Coordinatore:
5
Paolo Russo
COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: C) - TECNICI
Qualifica
1 Borriello Mario
ACAD
GSC2
I II III IV
O.T.
Note: Presso la Sezione di Napoli i tecnici afferiscono ai Servizi
della Sezione, per cui non viene indicato un elenco
nominativo delle partecipazioni ai singoli esperimenti.
La disponibilità assicurata dai Servizi della Sezione è
riportata nel mod.E.C/EN 7a
2) PER GLI INCARICHI DI COLLABORAZIONE TECNICA:
Indicare Ente da cui dipendono
2) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE TECNICA:
Indicare Ente da cui dipendono
Mod. G. 3
MQSA
MAMA
FLUXEN
DOSBI
Assoc.
tecnica
ATER.BIOR
Collab.
tecnica
ATER.
Cognome e Nome
Ruolo Art.36
Percentuale
impegno
in altri Gruppi
Incarichi
ATER.LINA
Dipendenti
N.
Altri_impegni
Struttura
Gruppo
NAPOLI
5
PREVISIONE DELLE SPESE DI DOTAZIONE E GENERALI DI GRUPPO
Dettaglio della previsione delle spese del Gruppo che non afferiscono
ai singoli Esperimenti e per l’ampliamento della Dotazione di base del Gruppo
VOCI DI SPESA
IMPORTI
DESCRIZIONE DELLA SPESA
Parziali
Viaggi del coordinatore
Missioni
Viaggi e
8,0
Congressi e scuole
13,5
Estero
Spese Seminari
Trasporti e facch.
Pubblicazioni
Scientifiche
Spese Calcolo
Totale
Compet.
8,0
Interno
Materiale
di Consumo
In kEuro
13,5
Prelievo magazzino
Manutenzione strumentazione
Fotocopie
Aggiornamenti software
30,0
30,0
Seminari di ospiti italiani e stranieri
5,0
5,0
Trasporto materiale
1,0
1,0
Pubblicazioni di gruppo
5,0
5,0
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Manutenzione macchine di gruppo
Cassette
Altro
2,5
Affitti e
Manutenzione
Apparecchiature
(1)
2,5
Materiale
Inventariabile
Crate NIM
microsaldatrice ad ultrasuoni
2 PC per uso di gruppo
3,5
35,0
5,0
43,5
TOTALI
(1) Indicare tutte le macchine in manutenzione
Mod. G. 4
108,5
Gruppo
Struttura
NAPOLI
5
PREVISIONE DELLE SPESE PER LE RICERCHE
RIEPILOGO DELLE SPESE PREVISTE PER LE RICERCHE DEL GRUPPO
SPESA
SIGLA
ESPERIMENTO
Miss.
interno
Miss.
Mater.
estero di cons.
In kEuro
PROPOSTA
Spese Trasp. e Pubbl. Spese Aff. e
Semin. Facchin. Scient. Calc. Manut.
App.
Mater. Costruz.
Invent. Appar.
TOT.
Compet.
A) Esperimenti o Iniz.Specifiche Gr. IV in Corso
ATER.
ATER.LINA
6,5
8,0
18,0
ATER.BIOR
4,0
6,0
5,0
DOSBI
1,5
2,5
7,5
FLUXEN
2,0
2,0
4,5
MAMA
5,0
7,0
80,5
3,5
96,0
MQSA
5,0
8,0
1,0
1,0
15,0
TEMIC
3,0
8,0
10,5
ONDA
2,5
EBLA
2,5
Totali A)
B) Esperimenti o Iniz.Spec. Gr. IV da Iniziare
GSC2
10,5
43,0
15,0
15,0
26,5
8,5
21,5
5,5
22,0
3,5
7,0
15,5
32,0
45,0
139,5
67,5
4,0
34,0
28,5
4,0
11,0
9,0
14,0
MA-BO
3,0
5,0
25,0
ACAD
3,0
5,0
3,0
12,5
23,5
20,0
50,0
70,0
3,0
27,0
5,0
36,5
2,5
6,0
26,0
34,5
TRIBONA
COLOR
1,5
MED-GRID
1,5
288,0
35,5
33,0
CRYDET
2,5
6,0
60,0
210,0
278,5
SINEC
2,0
5,0
8,0
10,0
25,0
10,0
6,0
2,0
20,0
38,0
13,0
22,0
35,0
19,5
19,5
375,0
629,0
108,5
GPCALMA
FV2
NATANDEM
Totali B)
33,0
41,5
178,0
C) Dotazioni
di Gruppo
8,0
13,5
30,0
5,0
1,0
5,0
2,5
43,5
Totali (A+B+C)
73,0
100,0
347,5
5,0
2,5
5,0
2,5
486,0
Mod. G.5
1,5
4,0
1'025,5
Nuovo Esperimento
ACAD
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
responsabile locale:
Ezio Catanzariti
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Ezio Catanzariti
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
e-mail: [email protected]
e-mail:
[email protected]
PROGRAMMA DI RICERCA
A) I N F O R M A Z I O N I
Linea di ricerca
GENERALI
Applicazioni di reti neurali
Laboratorio ove
si raccolgono i dati
Acceleratore usato
Fascio
(sigla e caratteristiche)
Processo fisico
studiato
Apparato strumentale
utilizzato
Sezioni partecipanti
all'esperimento
Napoli
Istituzioni esterne
all'Ente partecipanti
Durata esperimento
2 anni
B) S C A L A
PERIODO
DEI
TEMPI:
piano di svolgimento
ATTIVITA’ PREVISTA
2002
Costruzione archivio immagini, aggiornamento software, programmi di preelaborazione,
modulo estrazione delle caratteristiche.
2003
Costruzione del classificatore con rete neurale per ambedue le applicazioni
Mod. EN. 1
(a cura del rappresentante nazionale)
Nuovo Esperimento
ACAD
Resp. loc.:
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
Struttura
NAPOLI
PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L’ANNO
VOCI
DI
SPESA
2002
IMPORTI
Parziali
Riunioni di collaborazione
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
3,0
Interno
Viaggi e missioni
In kEuro
3,0
5,0
Estero
Partecipazione a congressi su computer vision e medica imaging
5,0
Metabolismo
Materiale
Consumo
3,0
Trasp.e
facch.
3,0
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Digitalizzatore di radiografie
PC di acquisizione
Display grafico per radiografie
7,5
2,0
3,0
12,5
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
Totale
23,5
Note:
Mod. EN. 2
(a cura del responsabile locale)
Struttura
Nuovo Esperimento
ACAD
Resp. loc.:
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
ALLEGATO MODELLO EN 2
All. Mod. EN. 2
Nuovo Esperimento
ACAD
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA: PIANO FINANZIARIO LOCALE
PER GLI ANNI DELLA DURATA DEL PROGETTO
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
2002
2003
3,0
5,0
3,0
3,0
5,0
3,0
TOTALI
6,0
10,0
6,0
Note:
Mod. EN. 3
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
12,5
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
23,5
11,0
12,5
34,5
Osservazioni del Direttore della Struttura in merito alla
disponibilità di personale e di attrezzature:
Presso la Sezione di Napoli i tecnici afferiscono ai Servizi della Sezione, per
cui non viene indicato un elenco nominativo delle partecipazioni ai singoli
esperimenti.
La disponibilità assicurata dai Servizi della Sezione è riportata nel
mod.EC/EN 7a.
Nuovo Esperimento
ACAD
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
Piano finanziario globale di spesa
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Materiale
di
cons.
2002
3,0
5,0
3,0
2003
3,0
5,0
3,0
TOTALI
6,0
10,0
6,0
Note:
Mod. EN. 4
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
12,5
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
23,5
11,0
12,5
34,5
Nuovo Esperimento
ACAD
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO
Mod. EN. 5
Pag. 1
Nuovo Esperimento
ACAD
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 2
ACAD (Augmented Computer Assisted Diagnosis)
La maggior parte dei sistemi software di diagnostica per immagini usano tecniche basate sul
modello di classificazione statistico del Pattern Recognition. La teoria della decisione Bayesiana
fornisce un framework formale completo, e quindi molto potente, indipendente dal particolare
dominio in studio, dentro il quale tali tecniche sono state sviluppate. Generalmente, un certo
numero di caratteristiche di forma, statistiche, tessiturali o di altro tipo vengono estratte
dall’immagine per le categorie di interesse e un classificatore statistico viene usato per effettuare la
decisione sulla base delle stesse.
Un ruolo fondamentale per il successo del processo di decisione giocano e la particolare
architettura di decisione usata e la “significatività” delle caratteristiche selezionate per la fase di
apprendimento del sistema.
Per quanto riguarda l’architettura software, le ANN (Artificial Neural Networks) si sono
rivelate negli ultimi anni estremamente ut ili e versatili in molteplici applicazioni di Computer
Vision. Questo prima di tutto perché come macchine che apprendono dimostrano più adattabilità
di molte architetture tradizionali [5][6]. E inoltre perché la loro peculiarità di elaborare
l’informazione in parallelo li rende più veloci e più robusti degli algoritmi convenzionali. Molti
sistemi CAD sono basati su architetture a reti neurali.
Quanto ai criteri che sottostanno alla scelta delle caratteristiche, questi sono in generale
estremamente dipendenti dai dati, ovvero dagli specifici connotati del problema in studio. In ogni
caso,
tutta la conoscenza usata dal classificatore viene implicitamente codificata nelle
caratteristiche. Il risultato finale è una decisione di tipo binario. Ad esempio, nel caso dello
screening automatico delle mammografie, l’esito del processo di diagnosi è un’immagine nella
quale sono state evidenziate tutte le aree che, sulla base dei valori misurati per alcune specifiche
proprietà ovvero sulla base della presenza o assenza di altre proprietà, sono ritenute possibili sede
di microcalcificazioni, masse o altri segni di lesione neoplastiche. Nella maggior parte dei casi, il
fatto che tutte le aree sospette vengono presentate al successivo esame del radiologo costituisce un
problema in quanto troppi falsi avvertimenti distraggono l’analista e tendono a peggiorare la
complessiva qualità della diagnosi.
Una ovvia soluzione è quella di cercare di diminuire il numero di falsi positivi aumentando
la significatività delle caratteristiche. Se si guarda alla maggior parte dei problemi di
classificazione “real world”, infatti, si vede che svariati importanti fattori quali, ad esempio, la
struttura fisica sottostante l’immagine, l’organizzazione spaziale dell’immagine o le aspettazioni apriori sul dominio in studio, quando non anche il processo di formazione dell’immagine, che
intervengono nel processo decisionale dell’interprete umano, sono difficilmente o per niente
codificabili in caratteristiche misurabili delle classi di interesse. In tali casi il problema è quello di
individuare appropria ti parametri descrittivi che catturino conoscenza a-priori o specifico uso del
contesto da essere aggiunti all’insieme delle caratteristiche proprie dell’immagine, dove, a seconda
del problema in studio, del livello di elaborazione o degli specifici algoritmi di segmentazione usati,
si tratterà di caratteristiche da associare ai singoli pixel, alle aree tessiturali o alle forme che
costituiscono le classi di interesse. Nel caso accennato sopra dello screening mammografico, ad
esempio, informazioni sull’età o sulla costituzione o sulla familiarità della persona così come
l’informazione clinica che i tumori al seno si sviluppano generalmente nel quadrante superiore
esterno del seno, costituiscono esempi di conoscenza a-priori da introdurre implicitamente nel
processo di interpretazione.
Le precedenti considerazioni costituiscono la motivazione concettuale della nostra proposta
di un approccio allo sviluppo di sistemi CAD nei quali le reti neurali che effettuano la
classificazione vengano potenziate ad usare caratteristiche incorporanti conoscenza colloquiale e
appropriato uso del contesto nel processo di classificazione.
Questo progetto si propone di applicare le idee suesposte a due specifici campi di
applicazione della diagnostica per immagini: la diagnosi precoce dei tumori al seno e il controllo di
qualità delle saldature industriali. In quanto segue le due previste realizzazioni verranno
separatamente discusse e motivate.
1. Un sistema per il controllo automatico de i difetti in radiografie di saldature industriali
Questa parte del progetto s’inquadra nel campo di applicazione che va sotto il nome di
analisi non distruttiva dei materiali. In particolare, l’interesse è verso quel settore del campo
industriale nel quale vengono utilizzate tecniche radiografiche per il controllo di qualità delle
giunzioni di materiali ottenute mediante saldatura.
Negli ultimi anni, la saldatura ha guadagnato un posto sempre più rilevante nell’industria in
quanto presente nei più svariati manufatti. Di pari passo si è andata sempre più affermando la
necessità di un controllo sulla qualità del prodotto, controllo del quale l’esame non distruttivo
costituisce la fase ultima. Fra tutti i metodi di indagine, quello radiografico presenta vantaggiose
caratteristiche di semplicità ed economia nelle operazioni. Il lavoro di interpretazione del referto
radiografico è, però, ancora completamente affidato alla capacità e preparazione tecnica di poche
persone qualificate: sono evidenti i vantaggi che presenterebbe una automazione dello stesso.
I criteri di giudizio dell’accettabilità di una saldatura sono stabiliti da precise norme di
riferimento UNI. I difetti di saldatura vengono generalmente individuati effettuando un esame
radiografico della regione saldata e la loro accettabilità viene stabilita in base a valutazione visiva
dei gradi di difettosità degli stessi. Lo scopo che questa ricerca si propone è quello di innanzitutto
verificare quale e quanta parte del processo di ragionamento sottostante il giudizio di accettabilità
dell’esperto umano sia meccanizzabile e, quindi, realizzare almeno in parte tale automazione con
metodi e tecniche della Computer Vision.
Questo problema è stato finora molto poco e molto male affrontato in virtù della sua
illusoria semplicità [4]. Nel seguito ne diamo una breve definizione schematica.
Nell’ambito limitato di questa ricerca, la saldatura è quella particolare tecnica di giunzione
di parti metalliche effettuata mediante intervento del calore con l’aggiunta di altro materiale.
Generalmente, una certa quantità dello stesso materiale base collabora con il materiale d’apporto a
formare, una volta solidificato, il cordone di saldatura. I giunti di una costruzione saldata devono
possedere caratteristiche meccaniche simili a quelle del materiale base; un difetto di saldatura
rappresenta una discontinuità nella struttura del materiale la cui forma, dimensioni, orientazione e
localizzazione siano tali da pregiudicare la compatibilità con le condizioni di servizio del pezzo nel
quale essa si manifesti. A seconda della forma che presentano nella radiografia, i difetti di saldatura
vengono raggruppati in quattro generi; all’interno di ogni genere è poi definito un certo numero di
tipi di difetto.
Compito dell’analisi effettuata dal radiologo (l’ispettore delle saldature) è quello di
accertare o meno la presenza di difetti di saldatura attraverso l’esame visivo delle specifiche zone
di discontinuità del livello di grigio dell’immagine radiografica. I difetti eventualmente individuati
vengono infine esaminati dal radiologo al fine di emettere un giudizio sulla loro accettabilità. Per
fare ciò egli ha bisogno di un preciso termine di riferimento rappresentato da una determinata
specifica di accettabilità generalmente elaborata dal progettista della costruzione in oggetto. In
mancanza di quest’ultima, l’esperto umano può anche fare riferimento a norme di carattere
generale. Tali norme non sono delle vere e proprie regole di accettabilità, ma piuttosto dei
ragionevoli schemi di base atti a facilitare la formulazione delle suddette regole. Nella presente
ricerca si fa riferimento alle norme UNI 7278-74. Tali norme precludono la presenza di alcuni
difetti ritenendoli, in generale, massimamente pericolosi e dunque sempre inaccettabili. Per gli altri
difetti di saldatura presi in considerazione le norme stabiliscono, per ogni tipo, un certo numero di
gradi di difettosità. I gradi di difettosità sono poi utilizzati per stabilire un certo numero di
raggruppamenti. In pratica, ad ogni tipo di costruzione saldata viene fatto corrispondere un certo
numero di categorie di qualità ad ognuna delle quali è associato un determinato raggruppamento.
Quindi, per la valutazione dell’accettabilità di una saldatura, le norme UNI sembrano suggerire il
seguente procedimento:
1.
2.
3.
4.
5.
Determinare il genere dei difetti presenti,
determinarne il tipo,
determinare il grado di difettosità di ogni singolo difetto, in base a questo
combinare i difetti in raggruppamenti, e infine
determinare la categoria di qualità della costruzione saldata.
Nella pratica tuttavia il procedimento è completamente diverso. Il radiologo infatti, avendo in
mente la categoria di qualità della costruzione saldata, ovvero i tipi di difetto accettabili nel caso
specifico, insieme al massimo grado di difettosità degli stessi, si avvale della propria esperienza per
identificare i tipi di difetto presentati dalla saldatura e in base alla conoscenza a-priori dell’uso
futuro (categoria di qualità) focalizza la propria attenzione sull’eventuale presenza di difetti che non
siano ammissibili per l’uso progettato della costruzione. Nella pratica, quindi, l’analisi radiografica
appare pilotata da fattori di difficile quantificazione e la sua realizzazione software costituisce un
complesso problema in Ingegneria della Conoscenza.
Specificamente, non si tratta qui soltanto di trasformare un tipo di conoscenza dichiarativa, e
cioè le norme UNI, in procedure automatiche, ma anche di ricostruire quei processi algoritmici che
sottostanno alle immediate valutazioni dell’esperto analista e di capire quali delle norme che stanno
alla base della sua preparazione iniziale sono effettivamente di utilità nel suo lavoro, quali
semplicemente inutili e quali addirittura fuorvianti.
Una parte affatto secondaria dell’esperimento, quella più specificamente di rappresentazione
della conoscenza, sarà quindi costituita dall’ulteriore chiarimento e approfondimento del problema
della formulazione algoritmica del processo di deduzione che sta alla base della valutazione del
grado di accettabilità di una saldatura in relazione ad una specifica applicazione d’uso.
Per quanto riguarda la prima elaborazione, l’immagine deve venire inizialmente pre-elaborata e
segmentata.
La natura specifica del problema suggerisce di prevedere un’architettura di segmentazione a due
stadi, al primo dei quali lasciare il compito di estrarre dallo sfondo il cordone di saldatura, ovvero la
ridotta zona dell’immagine nella quale è contenuta tutta l’informazione, mediante tecniche di
filtraggio nel dominio spaziale oppure in quello delle frequenze spaziali, mentre il lavoro specifico
di individuazione e localizzazione di tutti i candidati difetti di saldatura verrà effettuato dal secondo
modulo.
E’ di nuovo la natura del problema a suggerire di prevedere due fasi consecutive anche per il
suddetto secondo stadio del sistema. Nella prima, tutte le regioni significative presenti nell’area del
cordone verranno estratte con tecniche di estrazioni dei contorni (edge-detection) e rappresentate
come poligonali. Nella seconda fase il calcolo di alcune semplici caratteristiche (ad esempio, l’area)
permetterà di ridurre il numero delle poligonali, ovvero verranno escluse quelle tra di esse che, sulla
base di semplice evidenza, non possono essere considerate difetti di saldatura: le poligonali
rimanenti costituiranno l’input ai successivi stadi del sistema di classificazione.
A questo punto tutte le proprietà che possono guidare alla futura determinazione del tipo di
difetto dovranno venire individuate, calcolate e attribuite ad ogni singola regione.
Questo stadio, quello della estrazione delle caratteristiche, si presenta, anche in base a quanto
detto inizialmente, come particolarmente delicato per il successo dell’intero processo di
riconoscimento. Alcune proprietà, intrinseche del difetto, come dimensioni e compattezza, la cui
misura è necessaria alla determinazione del suo tipo, sono esplicitamente definite nelle Norme UNI.
In altri casi, dalle stesse prescrizioni UNI è possibile risalire ad altre proprietà delle regioni estratte
che possono guidare la futura decisione sul tipo del difetto; ad esempio, la sua posizione rispetto al
bordo del cordone di saldatura può facilitare la individuazione delle incisioni al vertice o delle
inclusioni di scoria, mentre l’istogramma dei livelli di grigio può permettere la distinzione tra una
soffiatura (generalmente scura) e un’inclusione di volframio (generalmente chiara).
Infine, per quanto riguarda la classificazione dei difetti trovati in base alle ol ro proprietà, si
prevede inizialmente l’uso di una rete neurale feed- forward a due stadi con apprendimento
supervised. Solo la sperimentazione con i dati specifici del problema permetterà di progettare tipi
di architettura eventualmente più adatti allo stesso.
Contemporaneamente alla progettazione e alla implementazione degli algoritmi di filtraggio e
classificazione, si prevede di costruire una estesa banca dati di radiografie di saldature industriali
digitalizzate con relativa diagnosi, indispensabile sia nella fase di apprendimento che in quella di
verifica del sistema software e di valutazione della validità dei risultati ottenuti. A questo scopo ci
avvarremo della consulenza di un Ispettore delle Saldature dell’Istituto Italiano della Saldatura (E.
Puerari), il quale metterà a nostra disposizione sia le radiografie da digitalizzare che la diagnosi
delle stesse. Metterà inoltre a disposizione la sua esperienza di tecnico radiologo per tutta la fase del
progetto che abbiamo definito di rappresentazione della conoscenza. Forse è opportuno precisare
che a tutt’oggi, a nostra conoscenza, una banca dati del tipo proposto non è stata realizzata o,
comunque, non è a disposizione della comunità scientifica.
2. Un sistema di analisi e interpretazione di mammografie per la diagnosi dei tumori al seno
Il tradizionale screening mammografico è universalmente riconosciuto come l’unica tecnica
di diagnostica per immagini per la diagnosi precoce del tumore al seno in donne asintomatiche. In
questo progetto ci si propone di usare tecniche di discriminazione delle tessiture [1, 2] per
individuare e classificare le diverse caratteristiche strutturali della ghiandola mammaria al fine di
riconoscere il patologico dal normale. Ci si propone inoltre l’uso di analoghe tecniche per
l’individuazione di gruppi di microcalcificazioni di differente morfologia e radiopacità.
Se guardate dal punto di vista della Computer Vision, le immagini mammografiche
mostrano invero una struttura molto complessa e il problema dell’automazione della loro
interpretazione si presenta come un problema di non semplice risoluzione. Questo perché le lesioni
neoplastiche sono generalmente molto variabili in dimensioni, forma e opacità e possono apparire in
una varietà di impreviste posizioni e orientazioni. Possono inoltre essere immersi in un background
di tessitura che è cosi variabile in intensità che a volte ne impedisce la rilevazione.
A seconda dell’età e della costituzione della persona esaminata, infatti, varia il rapporto fra
la composizione dei tessuti ghiandolare, adiposo e fibroso, ovvero lo sfondo sul quale si stagliano le
neoplasie. E’ noto, ad esempio, che in una mammella di donna matura il tessuto di sottofondo
fibroso facilita la individuazione delle lesioni mentre nelle mammelle giovani la prevalenza del
tessuto ghiandolare rende a volte molto problematica la rilevazione delle neoplasie.
Il problema sembra essere dunque anche quello di progettare degli algoritmi che fin dalle
prime fasi tengano in considerazione la natura specifica del problema, piuttosto che quello di
applicare tecniche tradizionali di filtraggio context- free sull’intera immagine. Una chiave di
approccio algoritmico al problema della diagnosi automatica sembra quindi essere quella di
un’analisi preliminare delle tessiture.
Lo strumento di base, software e concettuale, che intendiamo usare per la realizzazione di
questa fase della ricerca, è il noto modello computazionale della early vision, basato sulla
trasformata di Gabor. Si ricorda qui brevemente che il pregio di questo modello è la sua notevole
capacità di produrre una completa caratterizzazione delle proprietà strutturali dell’immagine, come
codificate nelle loro caratteristiche spettrali e spaziali, attraverso la convoluzione della stessa con
una sequenza di filtri di Gabor di ampiezze variabili e regolati su diverse frequenze e orientazioni in
modo da ricoprire il più possibile uniformemente il dominio delle frequenze spaziali. Ogni filtro
effettua una diversa misura in ambedue i domini spaziale e delle frequenze. In pratica, l’immagine
in ingresso viene decomposta in un certo numero di immagini filtrate, ciascuna delle quali contiene
una descrizione delle variazioni dell’intensità luminosa entro uno stretto intervallo di frequenza e
orientazione. Quest’approccio si è rivelato particolarmente efficace nei casi in cui una stima della
quantità di rumore presente nell’immagine viene resa particolarmente ardua dalla intrinseca
intersezione del rumore, sul piano sia delle proprietà spaziali che di quelle in frequenza, con il
segnale considerato informativo, e quindi nei casi in cui falliscono approcci capaci di fornire
rappresentazioni dell’immagine nel dominio spaziale soltanto o in quello delle frequenze spaziali
soltanto. La trasformata di Gabor si è rivelata estremamente efficiente in molteplici campi della
Computer Vision [3], dalla rimozione del rumore alla discriminazione delle tessiture alla
rilevazione di caratteristiche di forma. Nel nostro caso, un set di funzioni di Gabor selezionato nella
maniera accennata sopra fornirà le caratteristiche per l’apprendimento supervised. Prevediamo
anche di sperimentare con una rete neurale che “apprenda” i coefficienti di Gabor ottimali.
Per tenere conto delle precedenti considerazioni sulla natura del problema proponiamo
un’architettura di prima elaborazione costituita da due reti neurali successive. La tessitura di
sfondo, ovvero la composizione del tessuto, verrà rilevata dal primo modulo. Il secondo modulo
effettuerà la segmentazione in maniera context-dependent, ovvero effettuando la selezione delle
caratteristiche tenendo conto dei dati di uscita del primo modulo. La progettazione di una ulteriore
rete neurale per un’analisi puntuale delle regioni individuate (riconoscimento delle neoplasie) verrà
valutata in base ai risultati raggiunti.
Anche in questo caso una importante parte del lavoro complessivo sarà sul versante della
rappresentazione della conoscenza. Infatti, anche stavolta si tratta di costruire una base di
conoscenza in collaborazione con radiologi al fine di trasformare un insieme di regole di tipo
discorsivo in specifiche proprietà dell’immagine. Verranno usate inizialmente le basi di dati
disponibili in rete (MIAS, USF). Si prevede in un secondo momento di costruire anche in questo
caso un archivio locale di immagini.
3. Software
Per quanto riguarda la scrittura dei programmi software ci proponiamo di scrivere gli stessi nel
sistema di visione VISTA, recentemente acquisito dalla University of British Columbia di
Vancouver. Una meno recente versione di VISTA è stata già da noi usata nel passato. A questo
proposito, c’è da precisare che una parte iniziale del lavoro collegato a questo progetto consisterà
appunto nel portare al nuovo formato i programmi di utilità già sviluppati nel passato da questo
gruppo.
Nel primo anno di durata del progetto contiamo di portare a termine la costruzione della banca
dati, l’architettura neurale di filtraggio e segmentazione dell’immagine Contiamo di terminare la
costruzione del sistema di classificazione per ambedue i sistemi CAD entro il secondo anno. Un
grosso approfondimento del problema nel suo complesso è certamente un altro risultato che ci
proponiamo di raggiungere come side-effect di questo lavoro..
Bibliografia
1. E. Catanzariti, M. G. DiCerbo e R. Menna (1990) A Method for Representing and Computing
Immediate Texture Discrimination in Natural Images, in PROGRESS IN IMAGE ANALYSIS
AND PROCESSING, V.Cantoni et al. (eds.), World Scientific, 36-43
2. A. Bonifacio, E. Catanzariti and B. Di Martino (1993) Unsupervised Segmentation of Textured
Images using Gabor Functions, Proceedings of IMAGE’COM 93 – 2nd International
Conference Dedicated to Image Communication, March, Bordeaux, France, 315-320
3. E. Catanzariti (1994) Conjoint spatial/spatial frequency representations in early vision,
Relazione sollecitata Convegno AICA’94, 21-23 Sett. 1994, Palermo
4. R. Iozzino (1996) Il problema delle interpretazioni delle immagini: Un’applicazione all’analisi
non distruttiva delle saldature industriali, Tesi di laurea in Fisica, Facoltà di Scienze M.F.N,
Univ. Di Napoli “Federico II”.
5. Lauria F.E., Prevete R., Milo M. (2000) An Adaptable Boolean Neural Network Performing
Specific Sequence Learning, in proceedings of the IEEE-INNS-ENNS International Joint
Conference on Neural Networks IJCNN 2000, Como, Italy, 24-27 July.
6. F.E.Lauria and R.Prevete (2001) Specific Sequence Learning by an Adaptable Boolean Neural
Network , proceedings of the WIRN2001 Italian Workshop on Neural Network, Vietri sul mare,
Salerno, Italy, May .
Codice
Esperimento
ACAD
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
Cognome e Nome
Catanzariti Ezio
Iozzino Raffaelina
Ortosecco Imma
Prevete Roberto
Incarichi
R.U.
5
100
DIS
5
100
R.U.
5
100
Bors.
5
100
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Ruolo Art. 23 Ass. Tecnol.
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Numero totale dei Ricercatori
4,0 Numero totale dei Tecnici
Ricercatori Full Time Equivalent
4,0 Tecnici Full Time Equivalent
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Ruolo Art. 15 Collab. Assoc.
tecnica tecnica
Percentuale
Numero totale dei Tecnologi
Tecnologi Full Time Equivalent
Codice
Esperimento
ACAD
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (cont.)
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
LAUREANDI e DOTTORANDI operanti nel gruppo a giugno 2001
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
Esperimento
ACAD
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
LAUREATI e DOTTORI di RICERCA che hanno conseguito il titolo tra luglio 2000 e
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
SI
Relatore
Sbocco occupazionale (*)
Titolo conseguito
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Keywords attività locale (a cura del responsabile locale)
Keywords attività complessiva dell'esperimento (a cura del responsabile nazionale)
(*) TD = tempo determinato
Mod. EC 8
TI = tempo indeterminato
Codice
Esperimento
ACAD
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
SVILUPPO DI STRUMENTAZIONE INNOVATIVA
e ricadute su altri gruppi, sul sistema industriale e su altre discipline
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
INTERAZIONI CON LE INDUSTRIE (COMMESSE HIGH TECH)
DENOMINAZIONE
PAESE
DESCRIZIONE PRODOTTO O COMMESSA
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
commessa = acquisto di beni ad alta tecnologia
Mod. EC 9
Percentuale del budget
( app+ inv+cons)
utilizzata per acquisto
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
sviluppo = se l'INFN partecipa allo sviluppo dei beni acquistati
Codice
Esperimento
ACAD
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
PRESENTAZIONI A CONFERENZE, WORKSHOP E SEMINARI
INTERNAZIONALI nel periodo luglio 2000 giugno 2001
Relatore
Tipo di presentazione
Titolo della presentazione o del seminario
Tipo di Conferenza
Denominazione della Conferenza o dell'istituzione
Località
Data
Percentuale di presentazioni INFN su presentazioni complessive della collaborazione:
Mod. EC 10
%
(a cura del responsabile nazionale)
Struttura
Codice
Esperimento
ACAD
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
livello raggiunto
alla data prevista
in %
MILESTONES 2001 (concordate con i referee)
Data prevista per
il completamento
Descrizione
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Commento al conseguimento delle milestones
MILESTONES PROPOSTE PER IL 2002
Data completamento
30/06/2002
Descrizione
Costruzione archivio immagini saldature, aggiornamento software e programmi di eleborazione
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
ACAD
Resp.Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Ezio Catanzariti
NAPOLI
REFEREES DEL PROGETTO
Cognome e Nome
Argomento
LEADERSHIPS INFN NEL PROGETTO
(solo per collaborazioni internazionali o inter Enti)
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
Percentuale posizioni di leadership INFN su numero totale posizioni
Percentuale budget INFN su budget totale
%
Percentuale partecipanti INFN su partecipanti totali
%
%
COMPETITIVITA’ INTERNAZIONALE
Esperimenti in competizione
Comitati internaz. che vagliano
l'esperimento:
Elenco delle pubblicazioni più significative nel periodo luglio 2000 giugno
2001
Nome primo autore
Titolo della pubblicazione
Rivista
F.E. Lauria
Numero
Pagine
Proceedings of the IEEE-INNS-ENNS Int. Joint Conf. on Neural Networks IJCNN
F.E. Lauria
24/07/2000
Specific sequence learnig by an adaptable boolean neural network
Proccedings of the WIRN2001 Italian Workshop on Neural Network
B. Magnini
05/2001
Exploiting lexical expansion and boolean composition for web querying
Proceedings of the ACL'2000 Workshop on Recent Advances in Natural....
B. Magnini
8/10/2000
Open domain question/answering on the web
Proceedings of the AI*IA 2001
C. Saulino
25/09/2001
Analisi delle caratteristiche acustiche degli ausili protesici mediante spettrogramma
Atti delle giornate scientifiche del Polo delle Scienze e delle Tecnologie
Mod. EC/EN 11a
Data
An adaptable boolean neural performing specific sequence learning
14/06/2001
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Giancarlo Gialanella
Codice
025
Esperimento
ATER.
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
G. GIALANELLA
Struttura di
appartenenza:
NAPOLI
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incar. di Coll.
e-mail:
INFORMAZIONI GENERALI
Linea di ricerca
Sviluppo di acceleratori per adroterapia; fisica interdisciplinare per adroterapia; dosimetria e
microdosimetria per adroterapia.
Laboratorio ove
Sigla dello
esperimento assegnata
dal Laboratorio
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
CT, GE, LE, LNL, MI, NA, PD, RM1, RM1-ISS, TO
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
4 anni
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
IMPORTI
Parziali
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz. Calcolo
apparecchiat.
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
Estero
Viaggi e missioni
Interno
VOCI
DI
SPESA
2002
Totale
Note:
Mod. EC. 2
Codice
025
Resp. loc.:
Esperimento
ATER.
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
ALLEGATO MODELLO EC 2
All. Mod. EC. 2
Codice
025
Resp. loc.:
Esperimento
ATER.
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
TOTALI
Note:
Mod. EC. 3
esperimenti.
mod.EC/EN 7a.
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. Naz.:
Gruppo
5
G. GIALANELLA
Struttura
NAPOLI
PREVENTIVO GLOBALE PER L'ANNO
A
2002
In kEuro
CARICO DELL’ I.N.F.N.
Struttura
Miss.
interno
Miss.
estero
CT.TLIP
GE.FIBI
GE.TESI(*)
LNL.BIOR
LNL.MOND
LNL.PROM
MI.BIOR
MI.FIBI
MI.LINA
MI.MOND
MI.TESI
NA.BIOR
NA.LINA
PD.MOND
PD.PROM
RM1.BIOR
RM1.FIBI
RM1.SRM
TO.FIBI
TO.PIXE
3,0
1,0
3,0
2,5
2,0
3,5
4,0
2,0
5,5
2,0
2,0
4,0
6,5
1,5
2,0
4,0
1,5
8,5
1,0
7,0
5,0
2,0
5,0
6,0
1,5
2,5
6,0
5,0
5,0
1,5
2,0
6,0
8,0
1,5
1,5
6,0
2,0
5,0
2,5
19,0
TOTALI
66,5
93,0
Mater.
di
cons.
Trasp.
e
Facch.
Spese
Calc.
Affitti e
Manut.
Appar.
Mater.
inventar.
Costruz.
appar.
2,5
25,0
6,5
3,0
5,0
5,0
75,0
25,5
,5
5,0
18,0
1,0
15,0
5,0
10,5
7,5
5,0
124,5
15,5
75,0
TOTALE
Compet.
10,5
3,0
108,0
15,0
6,5
11,0
15,0
7,0
36,0
4,0
4,0
15,0
43,0
4,0
18,5
15,0
3,5
21,0
3,5
31,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
10,0
0,0
0,0
0,0
10,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
374,5
20,0
NB. La colonna A carico di altri Enti deve essere compilata obbligatoriamente
Note: (*)20 dei 25 keuro sul materiale di consumo di GE.TESI sono s. j., così come i 75 keuro di
costruzione apparati.
Mod. EC. 4
A
carico
di
altri
Enti
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
G. GIALANELLA
NAPOLI
A) ATTIVITA’ SVOLTA NELL’ANNO
2001
VEDI ALLEGATO
B) ATTIVITA’ PREVISTA PER L’ANNO
2002
VEDI ALLEGATO
C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI
Anno
Finanziario
In kEuro
Missioni Missioni Materiale Trasp. Spese Affitti e
Materiale Costruz.
di
e
interno estero
Calcolo Manut.
inventar. apparati
consumo Facch.
Apparec.
1999
45,9
49,0
105,8
39,2
2000
44,9
67,1
115,1
54,2
2001
68,0
90,0
111,5
26,5
TOTALE
158,8
206,1
332,4
119,9
Mod. EC. 5
TOTALE
239,9
18,0
299,3
296,0
18,0
835,2
ALLEGATO EC5
ESPERIMENTO ATER.
ATER.BIOR
Scopo dell’attività è lo studio sistematico dell’efficacia biologica relativa (RBE) di fasci di ioni
carbonio in correlazione con i parametri biofisici e i marcatori biologici che possono influenzare la
risposta di tessuti sani e tumorali ad un trattamento radioterapeutico con fasci di adroni.
Attività svolta nel 2001
I quattro gruppi, in stretta collaborazione e utilizzando linee cellulari umane, due di origine normale
e due di origine tumorale, e una linea stabilizzata di roditore come riferimento, hanno misurato
l'RBE per l'inattivazione cellulare al variare del LET indotta da dosi acute di ioni carbonio da 8
MeV/n e da 6 MeV/n presso il Tandem XTU dei LNL.
Successivamente (2001) sono iniziate le misure per la messa a punto del canale di radiobiofisica e
per la caratterizzazione del fascio di ioni carbonio da 62 MeV/n presso il Ciclotrone
Superconduttore (CS) dei LNS. Nella seconda metà dell’anno è prevista la misura dell’inattivazione
cellulare indotta da questi ioni. Saranno inoltre iniziati gli irraggiamenti (un turno di misura) delle
stesse linee cellulari con fasci di carbonio da 135 e 400 MeV/n presso l’acceleratore HIMAC del
National Institute of Radiological Sciences (NIRS) a Chiba
Attività prevista per il 2002
Entro la prima metà dell’anno saranno completate le misure di inattivazione cellulare sia presso
l’acceleratore CS dei LNS, sia presso l’acceleratore HIMAC del NIRS, dove saranno anche
effettuate analoghe misure con il fascio terapeutico, nella seconda metà del 2002.
A tali misure, che completano il programma iniziale, abbiamo previsto di aggiungere una misura a
energie intermedia a 20 MeV/n presso l’acceleratore ALPI dei LNL, per migliorare il confronto tra
fasci monoenergetici e terapeutici.
ATER.FIBI
In questa attività è contenuta e coordinata la parte modellistica e di simulazione delle interazioni
della radiazione, sostanzialmente ioni carbonio e campi misti, sia a livello cellulare che di tessuti
che copre molti degli aspetti di radiobiologia e dosimetria studiati in ATER
L’analisi dei modelli teorici e dei dati sperimentali ha permesso di definire la necessità di nuovi dati
sperimentali per tenere conto della frammentazione indotta dagli ioni carbonio e di individuare fasci
e apparati di misura disponibili nell’ambito delle strutture INFN. Le misure di carattere nucleare
sono state presentate al Gruppo III, ma vengono di seguito riassunte.
Attività sperimentale: misure di sezioni d’urto nucleari (LNL, MI)
Le misure di carattere nucleare sono state presentate dal Gruppo III: nell’ambito dell’esperimento
STREGA verranno effettuate misure di sezioni d’urto di produzione, distribuzioni angolari ed
energetiche di particelle e frammenti che possono derivare da reazioni indotte da fasci di carbonio e
ossigeno su bersagli di interesse biologico (C, Ca, ecc.), nel range energetico coperto dal sistema di
accelerazione Tandem-Linac (apparato GARFIELD) a Legnaro. A Catania verranno effettuate
misure analoghe a energie superiori, fino a 70 MeV/u (sistema MEDEA-MULTICS-SOLEMACISTE), nell’ambito degli esperimenti FORWARD e COSTHIR. Sia il PAC di Legnaro sia
quello di Catania hanno accolto le richieste presentate. Le misure a Legnaro (fino a 18 MeV/u) sono
previste verso la fine del 2001. Le misure a Catania (fino a 62 MeV/u) sono previste tra la fine del
2001 e l’inizio 2002.
1
Attività teorica: sviluppo di modelli teorici (fisici e radiobiologici) e di codici di simulazione
GE - In collaborazione con il gruppo di Oncologia Oculare di Genova e il centro Antoine
Lacassagne di Nizza è iniziato lo studio del follow-up di pazienti italiani affetti da melanoma
oculare e trattati con fasci di protoni.
MI - E’ continuata la collaborazione con il gruppo di Torino, che utilizza il modello di Sihver per la
frammentazione, e con la NASA, che utilizza invece i modelli semiempirici di Cucinotta, Wilson e
coll.. Congiuntamente al gruppo di Genova sta proseguendo la collaborazione con il CERN con
codici MC, in particolare FLUKA, opportunamente modificato. Per quanto riguarda i modelli
radiobiologici, la collaborazione con ATER.BIOR darà la possibilità di analizzare i dati e di
utilizzare informazioni di tipo radiobiologico per lo sviluppo dei modelli. Sono in via di sviluppo
modelli meccanicistici (in collaborazione con il GSF di Monaco), che verranno confrontati con
modelli fenomenologici come quelli di Scholtz e Kraft (utilizzato e sviluppato a Torino), di Katz
(utilizzato e sviluppato alla NASA) e quello α-β generalizzato (utilizzato e sviluppato all’Istituto
Superiore di Sanità di Roma).
RM1-ISS - E’ in corso uno studio dell’efficacia biologica di fasci terapeutici di ioni mediante
integrazione di codici Monte Carlo con dati radiobiologici.
TO - Il codice Ancod per piani di trattamento con ioni e protoni e' stato tradotto in C++. Sono stati
migliorati gli algoritmi per ottenere una buona uniformita' della dose fisica sul Target Volume. Il
codice è stato interfacciato con Dicom.
Attività prevista nel 2002
Attività sperimentale.
Si prevede di analizzare le misure di sezioni d'urto ottenute su targhetta monoelemento negli
esperimenti presso i LNL (ed eventualmente LNS), in particolare per quanto riguarda la produzione
dei frammenti che, per intensità ed energia, possono modificare significativamente il rilascio di
dose nei tessuti sani. Queste informazioni verranno implementate in codici di trasporto MC, che
potranno essere validati tramite le misure di reazione in bersagli spessi di materiale tessutoequivalente previste dal progetto.
Attività teorica
GE - Si intende continuare l’analisi statistica e il confronto tra i follow-up relativi a pazienti trattati
con fasci di protoni e placche di Rutenio.
MI (in collaborazione con LNL) - Obiettivo per quanto riguarda i protoni è la caratterizzazione
fisica e biofisica dei fasci di protoni da 200 MeV e 62 MeV utilizzati rispettivamente al CPO
(Orsay, Francia) e al CCO (Clatterbridge, Inghilterra) Per quanto riguarda gli ioni, è prevista
l’analisi delle misure di sezioni d’urto nucleari con i rivelatori GARFIELD (LNL, Legnaro) e
MEDEA-MULTICS-MACISTE (LNS, Catania).
RM1-ISS - Verranno effettuate simulazioni dell’efficacia biologica relativa alla sopravvivenza in
vitro di cellule irraggiate con fasci di ioni Carbonio di energie oltre i 40 MeV/u, con confronto con i
dati sperimentali forniti da ATER.BIOR.
TO - Ottimizzazione dose biologica: si tratta di abbandonare l'idea di risolvere il problema
dell'uniformita' della dose fisica, ma piuttosto di uniformare la dose biologica.
Introduzione del campi multipli: si e' lavorato finora con campi singoli, ma la sovrapposizione di
diversi campi puo' portare ad una razionalizzazione del piano di trattamento.
ATER.LINA
Lo scopo principale dell’esperimento è di progettare, costruire e di sottoporre a test un modulo, il
primo della sequenza di nove, di acceleratore lineare a 3 GHz.
Nei primi mesi del 2001 sono stati posizionati i primi elementi della linea di fascio e di diagnostica
2
presso i LNS. In base ai dati inerenti al fascio di protoni dal ciclotrone di Catania sono stati condotti
dal gruppo di Napoli studi di dinamica del fascio per realizzare la linea di adattamento ciclotrone LIBO. Lo stesso gruppo ha continuato la messa a punto di una metodologia sperimentale per un
sistema di tuning delle cavità.
Nel mese di luglio 2001 il modulo di LIBO sarà trasportato dal CERN a Catania dove sarà installato
unitamente ad un sistema di potenza RF fornito dalla IBA-Scanditronix. Le prove di accelerazione
saranno condotte a partire dal mese di ottobre 2001 in accordo con i tempi previsti per
l’assegnazione del fascio, con eventuale prolungamento al 2002.
Sulla base dei risultati intermedi ottenuti, si è deciso di procedere a un progetto di fattibilità di
un booster che utilizzi frequenze più elevate e/o si collochi in ambiti energetici diversi.
Il punto di partenza della riprogettazione è di alimentare con maggior potenza ciascuna cavità
acceleratrice e/o di aumentare il numero delle cavità alimentate da un unico klystron. In particolare
la sezione di Napoli si dedichera’ alla ridefinizione dei parametri caratteristici delle cavita’ e
rivedra’ la dinamica del fascio.
Oltre a condurre un’analisi delle proprieta’ elettriche delle cavita’ e della loro struttura meccanica e
termica verranno sviluppati prototipi di cavita’ a piu’ alta frequenza (7 e 11 GHz) per un utilizzo sia
con protoni che con ioni pesanti.
ATER.MOND
Questa attività è relativa alla caratterizzazione microdosimetrica di un fascio di neutroni
termici ed epitermici per la BNCT del melanoma della pelle. L’esperimento prevede la costruzione
e lo studio della risposta di appositi TEPC con pareti drogate con 10B ai fasci di neutroni che
vengono progettati per la BNCT.
LNL - Nel 2001 era prevista la misura di spettri microdosimetrici presso i LNL ed il reattore
TAPIRO della Casaccia con uno speciale TEPC a catodi borati. Il progetto prevedeva anche di
misurare simulando volumi sia di 1 µm di diametro sia di 50 nm di diametro. La ricerca si è
concentrata su tale obiettivo, il cui raggiungimento si è dimostrato più difficile del previsto.
L'obiettivo è stato finalmente raggiunto, ma si è prodotto un certo ritardo nella realizzazione degli
altri obiettivi programmati.
MI - Sono state effettuate misure di rateo di fluenza di neutroni termici, nel campo di irraggiamento
della struttura sperimentale installata presso i LNL, al variare dell’energia del fascio accelerato di
protoni su un bersaglio di berillio (9Be(p,n)9B). Sono state effettuate simulazioni Monte Carlo con
il codice FLUKA per studiare la fattibilità di una sorgente di neutroni termici per la BNCT del
melanoma della pelle, basata su una targhetta spessa di 13C, bombardata da protoni di 5 MeV.
L'estensione dell' esperimento di un ulteriore anno permetterà di completare le misure a Legnaro ed
al reattore TAPIRO. Sarà anche completato il progetto di un TEPC capace di misurare sia ad 1 µm
sia a 50 nm. In tal modo sarà verificata la fattibilità di una sorgente di neutroni termici prodotti per
moderazione dei neutroni generati mediante la reazione 13C(p,n)13N. Ciò avverrà mediante
spettrometria del campo neutronico e la sua caratterizzazione microdosimetria.
ATER.PIXE
Scopo dell'attività è di migliorare le caratteristiche del dosimetro Cubo Magico, utilizzando camere
a ionizzazione con l'anodo segmentato a strip.
3
E’ stata verificata, presso gli Spedali Civili di Brescia, per circa 30 giorni la stabilità di risposta
della camera a pixel esposta ad un fascio di fotoni emessi da una sorgente terapeutica di 60Co. La
camera ha evidenziato una stabilità migliore del 1%. Sono stati eseguiti test della camera al fine di
verificare la risposta della camera a fasci di fotoni tradizionali e a fasci di fotoni con collimatore
multilamellare dinamico. E’ risultata evidente la grande potenzialita’ di questo tipo di rivelatore
con fasci di intensità variabile nel tempo.
E’ stata mandato in fusione la nuova versione del chip VLSI, progetto iniziato nel corso del 1999
ma ritardato da un errore di layout. Il chip ci e’ stato consegnato nei primi mesi del 2001 e 20
esemplari sono attualmente in corso di test nel nostro laboratorio di Torino. Dalle misure condotte
fin’ora abbiamo verificato il corretto funzionamento del chip.
Si sono concluse le procedure preparatorie per giungere alla firma del contratto con la Ion Beam
Application (IBA) che ha chiesto di partecipare al progetto di una camera a pixel. Scopo della
collaborazione e’ lo sviluppo di un sistema integrato che permetta la verifica on-line del corretto
comportamento del sistema di raster scan, attualmente in costruzione presso IBA.
Sarà portato a termine lo sviluppo dei programmi di acquisizione dati che permettano di ottenere
una risposta in tempo reale della dose e del baricentro nel punto di impatto del fascio sulla camera.
Successivamente la camera sarà sottoposta a test presso le seguenti strutture: S.Anna di Torino,
S.Giovanni A.S. di Torino, Spedali Civili di Brescia, Laboratori Nazionali del Sud di Catania PSI di
Villigen e GSI di Darmstadt, che hanno fasci con caratteristiche particolari, al fine di verificare le
caratteristiche della camera sia come monitor che come dosimetro.
ATER.PROM
Gli obiettivi sono lo studio delle caratteristiche microdosimetriche dei fasci di protoni usati per la
terapia del melanoma oculare presso i centri Antoine-Lacassagne di Nizza e dei LNS, e la
costruzione di un rivelatore di ingombro minimo (circa 2 mm) per studiare la qualità del campo di
radiazione di protoni fino a sotto la pelle.
Sono stati misurati, con un mini TEPC di 0,8 mm3, gli spettri microdosimetrici a varie profondità in
un fantoccio con il fascio di protoni del Centro Antoine-Lacassagne di Nizza.
Una nuova versione di mini TEPC con gli isolanti ridisegnati è in costruzione ed entro l'anno sarà
fatto un nuovo turno di misura a Nizza per studiarne la risposta. I risultati forniranno le
informazioni necessarie per il progetto finale di un mini TEPC di 0,4 mm3 che possa essere
utilizzato anche per misure di microdosimetria in vivo.
Completamento delle misure sul fascio di protoni del LNS.
Realizzazione della versione finale del mini TEPC da 0.4 mm3.
Progetto e costruzione di tre i catene elettroniche, ottimizzate per 100 kHz, necessarie per
monitorare direttamente il fascio terapeutico.
ATER.SRM
Scopo dell’attività è l’analisi di effetti metabolici diretti o indiretti, rilevabili mediante la
Spettroscopia MR, in seguito all’irraggiamento con fasci di protoni di cellule tumorali umane in
coltura.
4
Sono stati effettuati due irraggiamenti presso i LNS, il primo per verificare la geometria di
irraggiamento e il secondo per irraggiare le cellule. E’ in corso l’analisi dei primi risultati ottenuti.
Completamento degli esperimenti per tre diversi valori di LET.
Irraggiamento degli sferoidi cellulari che mimano meglio delle semplici colture il comportamento
dei tumori.
ATER.TESI
Obiettivo di questa attività cominciata nel 2001 in collaborazione con l’Ansaldo è lo studio di
fattibilità per la realizzazione di una testata superconduttrice per ioni utilizzabile nella terapia dei
tumori.
Sono in fase di completamento gli studi sulla possibilità di avvolgimento delle bobine,
sull’ottimizzazione del campo magnetico, del raffreddamento e della meccanica, e sull’ottica dei
fasci).
Entro la fine del 2001 sarà fornito un rapporto tecnico dettagliato che possa essere utilizzato per
l’effettiva realizzazione.
Allo stato attuale dell’arte, si ritiene plausibile estendere l’attività per un secondo anno e procedere
alla costruzione del prototipo della bobina ed al suo test in ambiente reale, sia pure
subordinatamente alla positiva conclusione degli studi in corso.
ATER.TLIP
Lo scopo dell’attività è lo studio della risposta di materiali dosimetrici a stato solido a radiazioni di
diverso LET, in particolare per quanto riguarda la dipendenza dall’energia, dal rateo e dalla dose,
per elettroni, protoni, ioni leggeri, la struttura dei difetti termoluminescenti e di risonanza di spin
elettronico e i modelli cinetici per la deconvoluzione delle righe spettrali TL e ESR.
Sono state individuate le condizioni ottimali di preparazione e di lettura dei dosimetri TL, sono stati
sviluppati nuovi algoritmi di deconvoluzione delle “glow curves” e sono state individuate le
condizioni di lettura atte a ottimizzare l’analisi dei singoli picchi.
E’ stata effettuata un’analisi delle caratteristiche dosimetriche dei TL irradiati con fasci di elettroni
(9 e 15 MeV) a dose compresa tra 5 e 20 Gy, facendo anche l’interconfronto con i risultati ottenuti
con camere a ionizzazione e con dosimetri alanina/ESR;
Ricerca dei parametri sensibili al valor medio del LET, a diverse profondità dello spessore
attraversato, utilizzando il fascio di protoni di uso radioterapeutico presso i LNS in modo da potere
valutare l’effetto dello spread in energia introdotto nel fascio. Lo studio sarà esteso a fasci di ioni
7
Li e 12C di energia 62 MeV/n.
5
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. Naz.:
Gruppo
5
G. GIALANELLA
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
66,5
93,0
124,5
15,5
75,0
374,5
TOTALI
66,5
93,0
124,5
15,5
75,0
374,5
Note: 20 keuro di materiale di consumo e 75 keuro di costruzione apparati sono s.j. (struttura
Genova-esp. ATER.TESI)
Mod. EC. 6
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
Cognome e Nome
Incarichi
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Numero totale dei Tecnici
Tecnici Full Time Equivalent
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica tecnica
Percentuale
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
accel. per adroterapia
biofisica delle radiazioni
modelli biofisici
dosimetria e microdosimetria
Mod. EC 8
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
G. GIALANELLA
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
G. Grossi
comunicazione
conferenza nazionale
LXXXVI Congresso SIF
Efficacia degli ioni carbonio per inattivazione di cellule umane di differente radiosensibilità alla radiazione
gamma
G. Grossi
poster
conferenza internazionale
Carbon ion relative biological effectiveness for normal and tumour human cell lines
Palermo
6-11 ottobre 2000
Forty-eighth Annual Meeting of the Radiation
Research
SanSociety
Juan (Puerto Rico,
USA)
21-25 aprile 2001
F. Bourhaleb
comunicazione
workshop
ANCOD: the analytical code for hadrons
7th workshop on heavy charged particles in
biology and
GSI,medicine
Darmstadt (Ge)
Settembre 2000
S. Balazs
comunicazione
PAC2001
Successfull High Power Test on a Proton Linac Booster (LIBO) Prototype for Hadrontherapy
Chicago
giugno 2001
S. Agosteo
comunicazione
7th International Conference on Applications of
Nuclear
Nuclear
and Atomic
An Accelerator-Based Source of thermal Neutrons for BNCT of Skin Melanoma: Status of the
ProjectTechniques:
Crete,
Greece
17-23 June 2001
M.Donetti
comunicazione
A pixel segmented ionization chamber as monitor for therapeutical hadron beams
International conference on ocular pathologies
therapy with
proton beams
Catania
12-13 Ottobre 2000
C.Peroni
comunicazione
The TERA project: a facility for the treatment of tumors with hadronic radiation
2nd International Conference on Basic Science
and Applied
Technology
Assiut
(Egitto)
Novembre 2000
G.Johnson
comunicazione
XIII Symposium on Microdosimetry
Miniature TEPC's for Radiation Therapy
Stresa
27 May-1 June 2001
AM Luciani
comunicazione
Changes in soluble metabolites induced in tumour cells by gamma rays and proton beams: a 1H MRS study
Stresa
May 27- June 1, 2001
A. Rosi
comunicazione
Changes of 1H MRS of lipid signals in multicellular tumor spheroids after gamma irradiation
Stresa
May 27- June 1, 2001
A. Bartolotta
comunicazione
22nd Annual Int. Conf. IEEE Engineering in
and Biology
Investigation on dose response and fading behavior of ammonium tartrate-polyethylene solid state ESRMedicineChicago
dosimeters.
2000
Mod. EC 10
size=1 %
Struttura
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp. Naz.:
Gruppo
5
G. GIALANELLA
NAPOLI
Data prevista per
il completamento
Descrizione
VEDI ALLEGATO
livello raggiunto
alla data prevista
in %
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
VEDI ALLEGATO
Mod. EC/EN 11
ALLEGATO EC11
ESPERIMENTO ATER.
Milestones 2001
ATER.BIOR
Giugno 2001
Completamento dell'analisi dati relativi alle misure dell'RBE per l'inattivazione cellulare e
dell'induzione di danni molecolari al variare del LET, indotte da fasci monoenergetici di ioni
carbonio di 62 MeV/amu presso il CS dei LNS di Catania.
I turni di misure sono stati posposti al periodo settembre 2001 – febbraio 2002 e quindi l’analisi
dati avverrà nella prima metà del 2002
Un primo turno di misure con fasci “terapeutici” di carbonio da 400 MeV/amu ottenuti all'HIMAC
del NIRS di Chiba. Le stesse linee cellulari irraggiate presso i LNS di Catania saranno usate per lo
studio delle caratteristiche radiobiofisiche dei fasci usati, attraverso la realizzazione di curve doserisposta per l'inattivazione cellulare e l'induzione di danni molecolari.
Il turno di misure è posposto a ottobre 2001
Dicembre 2001
Un secondo turno di misure al NIRS sulle stesse linee cellulari che saranno irraggiate in modo tale
che i range residui dei fasci terapeutici di carbonio siano uguali a quelli dei fasci monoenergetici già
usati.
Il turno di misure rimane programmato per questo periodo
Seguirà un'analisi di tutti i dati in collegamento con l'esperimento FIBIONCA e una comparazione
dei risultati ottenuti da tutta la collaborazione.
L’analisi è rinviata alla fine dell’esperimento, cioè alla seconda metà del 2002
Percentuale Complessiva: 50%
ATER.FIBI
Giugno 2001
GE - Confronto tra simulazioni con FLUKA a basse energie e i dati ICRU (alfa e protoni)
Obiettivo raggiunto
MI - Caratterizzazione fisica e biofisica dei fasci di protoni utilizzati al PSI (Villigen, Svizzera), al
CPO (Orsay, Francia) e al CCO (Clatterbridge, Inghilterra) per il trattamento di tumori oculari, al
fine di valutare l'insorgenza di complicanze in funzione della dose.
Obiettivo raggiunto per il PSI, parzialmente raggiunto per CPO e CCO dove sono programmate
misure fisiche e radiobiologiche
RM1 - Validazione dei risultati ottenuti attraverso le simulazioni, con i dati sperimentali prodotti in
ambito BIOR (protoni)
Obiettivo parzialmente non raggiunto per lo slittamento di alcune misure sperimentali (in ambito
ATER.BIOR).
TO - Riscrittura del codice in C++. Verifica della possibilità di utilizzo di un metodo combinato di
inversione e iterativo.
Obiettivo raggiunto.
Dicembre 2001
1
GE – Estensione del lavoro svolto per i protoni, ai nuclei "pesanti" (in particolare ioni Carbonio e
Ossigeno)
Obiettivo rinviato a dopo analisi statistiche accurate dei dati sui trattamenti con protoni.
MI - Analisi dati relativi alle misure di sezioni d'urto nucleari con i rivelatori GARFIELD (LNL,
Legnaro) e MEDEA-MULTICS-MACISTE (LNS, Catania).
Obiettivo rinviato al 2002 perché le misure presso il LNL e LNS sono programmate tra fine 2001 e
2002.
RM1 – Analisi dati e simulazioni relative alle misure effettuate in ambito BIOR con fasci di
carbonio monoenergetici e terapeutici.
Obiettivo rinviato al 2002.
TO - Si termineranno i confronti con i metodi conformazionali tradizionali sommando più campi. In
parallelo si sta modificando il metodo di Scholtz e Kramer per descrivere la sopravvivenza cellulare
in funzione della dose e dell'evoluzione cellulare.
Obiettivo raggiunto.
ATER.LINA
Giugno 2001
Installazione del modulo LIBO al LNS.
Obiettivo sostanzialmente raggiunto. Il modulo LIBO sarà installato a Catania nel luglio del 2001.
Dicembre 2001
Completamento delle prove di accelerazione con protoni
Le misure di accelerazione cominciano in ottobre 2001.
ATER.MOND
Giugno 2001
Misure di microdosimetria presso i LNL con catodi borati con diverse quantità di 10B.
Obiettivo parzialmente raggiunto
Studio della risposta di un TEPC borato in presenza di un intenso fondo di neutroni veloci.
Rinviato al 2002
Continuano le misure di spettrometria neutronica di supporto alla microdosimetria.
Obiettivo sostanzialmente raggiunto
Dicembre 2001
Misure di microdosimetria con i TEPC borati presso il reattore TAPIRO della Casaccia..
Rinviato al 2002
Studio della risposta di un TEPC borato in presenza di un intenso fondo gamma.
ATER.PIXE
Giugno 2001
Completamento delle prove della nuova elettronica VLSI
2
Obiettivo raggiunto
Dicembre 2001
Ripresa e analisi dei dati con fasci di protoni e ioni carbonio.
ATER.PROM
Giugno 2001
Misure conclusive di microdosimetria a Nizza. Misura della qualità della radiazione di fondo
(neutroni) generata dal fascio terapeutico.
Test con il nuovo mini TEPC a parete sottile
Obiettivo raggiunto
Dicembre 2001
Messa a punto del set-up sperimentale presso il fascio di Catania e misure di microdosimetria sul
fascio terapeutico di protoni.
Rinviato al 2002
ATER.SRM
Giugno 2001
Analisi degli effetti a carico dei metaboliti solubili e della loro dipendenza dal LET. Analisi degli
effetti diretti e mediati dal metabolismo
Dicembre 2001
Analisi della connessione fra segnale dei lipidi mobili nella cellula e concentrazione di trigliceridi
negli estratti lipidici, anche a seguito di irraggiamento con protoni. Misura degli spettri localizzati di
sistemi sovracellulari 3D (sferoidi)
Obiettivi in parte rinviati al 2002
ATER.TESI
Giugno 2001
Rapporto sul disegno tecnico
Indirectly Cooled Superconducting Dipole for Ion Gantry, nota interna INFN in corso di
pubblicazione
Dicembre 2001
Rapporto tecnico dettagliato utile per l’effettiva realizzazione
3
Sarà effettuata la stesura del documento finale di fattibilità
ATER.TLIP
Giugno 2001
Studio di linearità, sensibilità, minima dose rivelabile con fasci di protoni di energia fino a 60 MeV.
Obiettivo parzialmente raggiunto raggiunto.
Studio di risposta in energia, linearità, sensibilità, minima dose rivelabile con fasci di ioni leggeri.
Rinviato al 2002
Dicembre 2001
Messa a punto delle procedure applicative dei dosimetri TL con fasci di protoni per terapia anche
per energie superiori ad 80 MeV, confronto con le risposte di dosimetri a stato solido ESR.
Realizzazione di un laboratorio dosimetrico standard attorno ad un impianto per terapia con protoni
e per la messa a punto di protocolli di dosimetria "in vivo".
Obiettivo parzialmente raggiunto.
4
ALLEGATO EC 9
MILESTONES 2002
ATER.BIOR
Giugno 2002
Completamento delle misure di RBE per inattivazione cellulare al variare del LET, da ioni carbonio
da 62 MeV/n (LNS), da 20 MeV/n (LNL), da 135 e 400 MeV/n (NIRS)..
Dicembre 2002
Misure di RBE per inattivazione cellulare con il fascio “terapeutico” di carbonio da 400 MeV/n
(NIRS).
Analisi di tutti i dati e comparazione dei risultati ottenuti.
ATER.FIBI
Giugno 2002
GE - Analisi statistica e validazione di piani di trattamento per il melanoma oculare con l’uso di
fasci di protoni.
MI - in collaborazione con il gruppo III, analisi delle misure di sezioni d'urto nucleari effettuate
presso i LNL ed eventualmente i LNS
RM1 - Validazione dei risultati ottenuti attraverso le simulazioni, con i dati sperimentali prodotti in
ambito ATER.BIOR (protoni)
TO - Ottimizzazione della dose biologica mediante l’integrazione del modello di sopravvivenza
cellulare nel modello di simulazione.
Dicembre 2002
GE – Confronto tra piani di trattamento per il melanoma oculare con l’uso di fasi di protoni e con
l’uso di placche di rutenio
MI - Caratterizzazione fisica e biofisica del fascio di protoni da 62 MeV utilizzato per la
radioterapia al CCO (Clatterbridge, Inghilterra)
RM1 – Analisi dati e simulazioni relative alle misure effettuate in ambito ATER.BIOR con fasci di
carbonio monoenergetici e terapeutici.
TO - Introduzione di campi multipli nel modello di simulazione.
ATER.LINA
Giugno 2002
Completamento dei test di accelerazione sul modulo LIBO.
Ridefinizione dei parametri caratteristici delle cavità e nuovi studi di dinamica del fascio.
Misure di tuning: definizione di una procedura su tank brasato.
Dicembre 2002
Analisi delle proprietà elettriche delle cavità e della loro struttura meccanica e termica,
all’aumentare della potenza dissipata.
Sviluppo di pick-up per misure di campo per cavita’ a piu’ alta frequenza.
Studio di strutture acceleranti ad energia piu’ bassa (30 MeV).
ATER.MOND
1
Giugno 2002
Misure di spettrometria neutronica nel campo di irradiazione della struttura sperimentale dei LNL
(bersaglio di 13C): componente di neutroni termici e di fotoni.
Dicembre 2002
Misure di spettrometria neutronica nel campo di irradiazione della struttura sperimentale dei LNL
(bersaglio di 13C): componente di neutroni veloci.
ATER.PIXE
Giugno 2002
Test del nuovo sistema di acquisizione in diverse situazioni sperimentali
Dicembre 2002
Funzionamento della camera con protoni e ioni carbonio
ATER.PROM
Giugno 2002
Misure conclusive di microdosimetria a Nizza. Misura della qualità della radiazione di fondo
generata dal fascio terapeutico.
Messa a punto del set-up sperimentale presso il fascio di Catania
Dicembre 2002
Misure di microdosimetria sul fascio terapeutico di protoni.
ATER.SRM
Giugno 2002
Analisi della connessione fra segnale dei lipidi mobili nella cellula e concentrazione di trigliceridi
negli estratti lipidici a seguito di irraggiamento con protoni
Dicembre 2002
Misura degli spettri localizzati di sistemi sovracellulari 3D (sferoidi)
ATER.TESI
Giugno 2002
Definizione della bobina prototipo
Dicembre 2002
Costruzione bobina prototipo e stesura documento finale per la lavorazione industriale
ATER.TLIP
Giugno 2002
Determinazione dell’andamento dei parametri HTR e LTR delle glow curves al variare del LET con
fasci di protoni fino a 60 MeV
Dicembre 2002
Determinazione dell’andamento dei parametri HTR e LTR al variare del LET con fasci di ioni
leggeri fino a 60 MeV/n
2
Codice
025
Esperimento
ATER.
Resp.Naz.:
Struttura
Gruppo
5
G. GIALANELLA
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
STEFANINI Arnaldo
PINELLI Fazio
Sviluppo acceleratori, fisica interdisciplinare e dosimetria per adroterapia
Fisica interdisciplinare per adroterapia
AMENDOLIA Roberto
BOLLINI Dante
Dosimetria e microdosimetria per adroterapia
GAMMINO Stefano
Sviluppo acceleratori per adroterapia
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Numero
Pagine
Data
VEDI ALLEGATO
Mod. EC/EN 11a
ESPERIMENTO ATER.
ALLEGATO EC11A
Pubblicazioni
ATER.BIOR
- M. Belli, D. Bettega, P. Calzolari, F. Cera, R. Cherubini, M. Dalla Vecchia, M. Durante, S.
Favaretto, G. Gialanella, G. F. Grossi, A.M.I. Haque, R. Marchesini, G. Moschini, A. Piazzola, G.
Poli, M. Pugliese, O. Sapora, P. Scampoli, G. Simone, E. Sorrentino, M.A. Tabocchini, L. Tallone
and P. Tiveron. Inactivation of tumoral and normal human cell irradiated with low energy protons.
Int. J. Rad. Biol. 76, 831-839 (2000).
- M. Belli, R. Cherubini, M. Dalla Vecchia, V. Dini, G. Moschini, O. Sapora, C. Signoretti, G.
Simone, M. A. Tabocchini, P. Tiveron. DNA dsb induction and rejoining in V79 cells irradiated
with light ions: a constant field gel electrophoresis study. Int. J. Radiat. Biol. 76, 1095-1104
(2000).
- P. Scampoli, M. Casale, M. Durante, G. F. Grossi, M. Pugliese, G. Gialanella. Low-energy light
ion irradiation beam-line for radiobiological studies. Nucl. Instrum. Meth. B 174, 337-343 (2001)
- M. Belli, R. Cherubini, M. Dalla Vecchia, V. Dini, G. Moschini, O. Sapora, C. Signoretti, G.
Simone, M. A. Tabocchini, P. Tiveron. DNA fragmentation in mammalian cells exposed to various
light ions. Adv. Space Res. 27, XY (2001).
- P. Scampoli, M. Casale, M. Durante, G. F. Grossi, M. Pugliese and G. Gialanella. Cell inactivation
by Beryllium, Boron and Carbon ions at the low-energy irradiation facility of the Naples University.
Physica Medica 17, S141-142 (2001)
- M. Belli. An overview of recent charged-particle radiation biology in Italy. Physica Medica 17,
S221-223 (2001)
- D. Bettega et al. Radiobiological studies on the 65 MeV therapeutic proton beam at Nice using
human tumoural cells. Int J Radiat Biol 76, 1297-1303, (2000)
ATER.FIBI
- G. Gagliardi, J. Bjhle, I Lax, A. Ottolenghi, F. Eriksson, A Liedberg, P. Lind, L. E. Rutquist.
Radiation Pneumonitis after breast cancer irradiation: analysis of the complication probability using
the relative seriality model. Int J Rad Oncol Biol. 46, 373-381 (2000).
- A. Ottolenghi, F. Ballarini, M. Biaggi, Mechanistic bases for modelling space radiation risk and
planning radiation protection of astronauts, Physica Medica 17/S1, 274-279 (2001).
M. Biaggi, F. Ballarini, A. Ferrari, A. Ottolenghi, M. Pelliccioni, A Monte Carlo code for a direct
estimation of radiation risk, Physica Medica 17/S1, 103-105 (2001).
- A. Moroni , U. Abbondanno, C. Agodi, R. Alba, F. Ballarini, G. Bellia, M. Biaggi , M. Bruno , G.
Casini , S. Cavallaro , R. Cherubini, M. Chiari, N. Colonna, R. Coniglione, M. D'Agostino, A. Del
Zoppo, A. Giussani, F. Gramegna, C. Maiolino, G. V. Margagliotti, P.F. Mastinu, E. Migneco, P.M.
Milazzo, A. Nannini, A. Ordine, A. Ottolenghi, P. Piattelli, D. Santonocito, P. Sapienza G. Vannini,
L. Vannucci, E. Vardaci, Nuclear detecting systems at LNL and LNS: Foreseen experiments to
provide basic data for heavy-ion risk assessment. Physica Medica 17/S1, 120-124 (2001)
- S.Berga, F.Bourhaleb, R.Cirio, J.Derkaoui, B.Gallice, M.Hamal, F.Marchetto, V.Rolando,
S.Viscomi A code for hadrontherapy treatment planning with the voxelscan method. Computers in
biology and medicine 30, 311-327, (2000)
- K.Parodi e S.Squarcia, Improvement of low-energy Stopping Power Algorithms in the FLUKA
Simulation Program. Nucl. Instr. and Meth. A456, 344-360, (2000).
ATER.PIXE
1
- S.Belletti, R.Cirio, M.Donetti, L.Cocuzza, P.G.Degiorgis, E.Madon, F.Marchetto, L.Marzoli,
M.Marletti, C.Peroni, E.Trevisiol, A.Urgesi. Pixel segmented ionization chamber for therapeutical
beams of photons and hadrons. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A461, 420421, (2001)
ATER.PROM
- V.Cesari et al. Microdosimetric Measurements of the Nice Therapeutic Proton Beam. Physica
Medica 17/S. 3, 2001
ATER.TLIP
- A. Bartolotta, S. Basile, M. Brai, G. Bruno, R. Rey Zabalza, G. Teri, G. Cuttone.
Thermoluminescence Curves of LiF Dosimeters Irradiated with Proton Beams. Nuclear and
condensed matter physics. AIP 513, 35-38, 2000.
- A. Bartolotta, M. Brai, V. De Caro, C. D’Oca, L. Giannola, G. Teri. ESR evaluation of stable free
radicals produced by ionizing radiation in multifunctional substances. Application for absorbed
dose measurements in radiotherapy. Nuclear and condensed matter physics. AIP 513, 31-34, 2000
- M.G. Sabini, G.A.P. Cirrone, L. Barone Tonghi, A. Bartolotta, M. Brai, G. Cuttone, S. Lo Nigro,
F. Marano, G.A. Nicoletti, G. Provitera, L. Raffaele, A. Reibaldi, N. Romeo, A. Rovelli, V.
Salamone, G. Teri: Use of 70 MeV proton beam for medical applications at INFN-LNS: CATANA
project. Nuclear and condensed matter physics. AIP 513, 401-440, 2000
2
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Gianfranco Grossi
Codice
026
Esperimento
ATER.BIOR
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico ricerca
e-mail:
[email protected]
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Sigla dello
dal Laboratorio
Acceleratore usato
Fascio
Laboratori Nazionali del Sud (LNS) di Catania, Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) e
National Institute for Radiological Sciences (NIRS) di Chiba in Giappone
ATER.BIOR
Ciclotrone Superconduttore presso i LNS, Tandem ALPI presso i LNL e HIMAC presso il
NIRS
Ioni carbonio da 62 MeV/amu al Ciclotrone Superconduttore, da 35 MeV/amu al Tandem
ALPI e da 135 e 400 MeV/amu all'HIMAC
Inattivazione cellulare indotta da radiazione ionizzante
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Facilities di radiazione
Laboratori di radiobiofisica delle sezioni della collaborazione
Laboratori Nazionali di Legnaro, Roma1-Istituto Superiore di Sanità, Milano e Napoli
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
4 anni
Codice
026
Esperimento
ATER.BIOR
Resp. loc.:
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
Struttura
NAPOLI
Interno
Parziali
1,0
2,0
,5
,5
Due turni di misure (un ricercatore) presso il NIRS
6,0
Estero
Un turno di misure (due ricercatori) presso i LNS
Tre turni di misure (due ricercatori) presso i LNL
Partecipazione a un congresso nazionale
Riunione della collaborazione
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
4,0
6,0
Materiale plastico monouso, terreni di coltura, materiale di
laboratorio
5,0
5,0
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz.
Calcolo
apparecchiat.
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Viaggi e missioni
2002
Totale
15,0
Note:
Mod. EC. 2
Codice
026
Resp. loc.:
Esperimento
ATER.BIOR
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
Struttura
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
Codice
026
Resp. loc.:
Esperimento
ATER.BIOR
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
2002
TOTALI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
4,0
6,0
5,0
15,0
4,0
6,0
5,0
15,0
Note:
Mod. EC. 3
Presso la Sezione di Napoli i tecnici afferiscono ai Servizi della Sezione,
per cui non viene indicato un elenco nominativo delle partecipazioni ai
singoli esperimenti.
mod.EC/EN 7a.
Codice
026
Esperimento
ATER.BIOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
NAPOLI
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
Cognome e Nome
Durante Marco
Grossi Gianfranco
Scampoli Paola
Incarichi
P.A.
5
40
5
40
P.A.
5
40
R.U.
5
40
P.O.
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
T.L.
Pugliese M.Gabriella
1
Incarichi
40
1,0
,4
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Ruolo Art. 15 Collab.
tecnica
Percentuale
Qualifica
Assoc.
tecnica
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Codice
026
Esperimento
ATER.BIOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
026
Esperimento
ATER.BIOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Descrizione attività locale (a cura del responsabile locale)
Descrizione attività complessiva dell'esperimento (a cura del responsabile nazionale)
Mod. EC 8
Codice
026
Esperimento
ATER.BIOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Gianfranco Grossi
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Vittorio G. Vaccaro
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di ricerca
e-mail:
giancarlo.gialanella@na'infn'it
Fisica degli Acceleratori e Superconduttività
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Sigla dello
dal Laboratorio
Napoli, Milano, CERN
ATER. LINA
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
Accelerazione di protoni e ioni leggeri, accoppiamento fra cavità acceleranti, accopiiamento
ciclotrone-linac, superconduttività ad alta Tc, caratterizzazione di quadrupoli permanenti,
focalizzazione ottica dei fasci
Strumentazione a RF, strumentazione per caratterizzazione magneti
utilizzato
all'esperimento
Per ATER.LINA: Napoli, Milano.
ENEA Frascati
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
3 anni
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
Struttura
NAPOLI
Interno
6,5
Viaggi e permanenze al CERN,
riunioni di lavoro
partecipazione ad una conferenza internazionale
8,0
Estero
Parziali
Viaggi presso la Sezione di Milano,
presso i LAb. Nazionali del Sud (Catania),viaggi presso ditta
esterna per costruzione di cavità
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
6,5
8,0
Costruzione prototipi di strutture accelleratrici e acquisti materiale
vario
Minuteria per laboratorio RF
18,0
18,0
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Viaggi e missioni
2002
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione di un sistema di misure di campo in cavita'
con il metodo della perlina scorrevole (motorini, alimentatore)
10,5
10,5
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz.
Calcolo
apparecchiat.
Consorzio
Totale
43,0
Note:
Mod. EC. 2
Codice
029
Resp. loc.:
Esperimento
ATER.LINA
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
Struttura
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
2002
TOTALI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
6,5
8,0
18,0
10,5
43,0
6,5
8,0
18,0
10,5
43,0
Note:
Mod. EC. 3
mod.EC/EN 7a.
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
Cognome e Nome
De Magistris Massimiliano
De Menna Luciano
Falco Simone
Ric
Vaccaro Vittorio
Incarichi
P.O.
R.U.
5
25
P.O.
5
20
Dott.
5
60
5
50
5
50
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica
Assoc.
tecnica
Percentuale
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
1
Denominazione
Officina Meccanica
mesi-uomo
1
Cognome e Nome
Associazione
SI Studio e progetto di strutture acceleratrici lineari per protoni di bassa energia
Falco Simone
Tesi di: dottorato
Titolo della Tesi
in Ing. elettrica
Relatore/Tutore Prof. Vittorio G. Vaccaro
Keywords protoni
cavita' accoppiate
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Bara' Fabio
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
laurea
in
Ing. elettronica
Titolo della tesi:
Industria informatica TD
Altro
Keywords cavita' accoppiate
Giglio Roberto
SI
laurea
in
Ing. elettronica
Titolo della tesi: Campi elettromagnetici e condizioni al contorno: analisi comparativa di codici di
simulazione numerica
Industria telecomunicazioni TD
Keywords simulazioni strutture RF
Altro
Bancone Paolo
SI
laurea
in
Ing. elettronica
Titolo della tesi: Sviluppo di programmi di controllo di alcune misure RF in ambiente LabVIEW:
caratterizzazione di cavita' per acceleratori lineari.
non conosciuto
Keywords misure RF
Altro
Davino Daniele
sistemi automatici
SI
dottorato
in
Ing. elettrica
Titolo della tesi: Thery,design and tests on a protoitpe module of a compact linear accelerator for
Hadrontherapy
Keywords accel. lineare compatto
Altro
adroterapia
SI
contratto all'estero
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
acceleratore lineare
cavita' accoppiate
misure RF
Mod. EC 8
Codice
029
Esperimento
ATER.LINA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Vittorio G. Vaccaro
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Preventivo per l'anno
2002
Nuovo Esperimento
COLOR
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Alberto Aloisio
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Alberto Aloisio
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di ricerca
e-mail:
[email protected]
Linea di ricerca
Laboratorio ove
GENERALI
Elettronica
Laboratorio di Microelettronica del Dipartimento di Scienze Fisiche dell'Università di Napoli
"Federico II"
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
Acquisizione dati ad alto flusso in tecnologia "Dense Wavelenght Division Multiplexing"
(DWDM)
utilizzato
all'esperimento
Napoli
Istituzioni esterne
Durata esperimento
3 anni
B) S C A L A
PERIODO
DEI
TEMPI:
2002
Test di funzionalità del transponder DWDM e progetto di un primo prototipo di nodo TX.RX.
2003
Test e caratterizzazione del nodo TX.RX. Sviluppo di un link punto a punto full duplex tra due
nodi.
2004
Test di multiplexer e demultiplexer ottici. Sviluppo di un link DWDM tra più nodi.
Mod. EN. 1
2002
Nuovo Esperimento
COLOR
Resp. loc.:
Gruppo
5
Alberto Aloisio
Struttura
NAPOLI
2002
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
Viaggi e missioni
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
1,5
Interno
Contatti con fornitori
1,5
3,0
Estero
Rapporti con il centro ricerche della Agere (USA)
3,0
Stampati
FPGA ed altri componenti
Fibra ottica e connettori
2 Transponder DWDM "Translight"
2,5
5,0
1,5
18,0
27,0
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
5,0
Materiale
Inventariabile
2 Sonde ottiche per oscilloscopio
Costruzione
Apparati
5,0
Totale
36,5
Note:
Mod. EN. 2
2002
Struttura
Nuovo Esperimento
COLOR
Resp. loc.:
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
COLOR
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
1,5
3,0
27,0
5,0
36,5
2003
1,5
3,0
30,0
20,0
54,5
2004
1,5
3,0
45,0
TOTALI
4,5
9,0
102,0
Note:
Mod. EN. 3
49,5
25,0
140,5
esperimenti.
La disponibilità assicurata dai Servizi della Sezione è riportata nel mod.EC/EN
7a.
2002
Nuovo Esperimento
COLOR
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
1,5
3,0
27,0
5,0
36,5
2003
1,5
3,0
30,0
20,0
54,5
2004
1,5
3,0
45,0
TOTALI
4,5
9,0
102,0
Note:
Mod. EN. 4
49,5
25,0
140,5
2002
Nuovo Esperimento
COLOR
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Vedi allegato
Mod. EN. 5
Pag. 1
2002
Nuovo Esperimento
COLOR
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Vedi allegato
Mod. EN. 5
Pag. 2
Proposta di un nuovo esperimento
COLOR : COlored Link for Optical Readout
L' incremento esponenziale delle prestazioni dei sistemi di trasmissione dati su fibre ottiche e'
riconducibile allo sviluppo di tre principali tecnologie, tra loro differenti sia per le scelte di architettura del
network, sia per gli sviluppi di nuovi componenti optoelettronici.
La disponibilita' di una nuova generazione di serializzatori e deserializzatori ha aumentato la velocita'
di trasmissione dati di una singola fibra permettendo la realizzazione di canali di comunicazione
SONET/SDH con un Optical Carrier level (OC) di 2.48 Gbit/s (OC-48) e 9.952 Gbit/s (OC-192). Questo
tipo di link trova principalmente applicazione nelle interconnessioni tra switches e routers con distanze
coperte dell'ordine delle centinaia di metri.
La qualita' della fibra ottica richiesta da un link OC-192 richiede nella maggioranza dei casi la
sostituzione di quella usata in precedenza. Questa operazione viene in genere considerata esclusivamente
per architetture che sono concentrate all'interno di un edificio, sia per il costo della stessa fibra sia per
quello della sua posa in opera e del relativo collaudo. Inoltre, il costo e la delicatezza del disegno di un
hardware in grado di trasferire dati a 10 Gbit/s viene giustificato esclusivamente in quei casi in cui tra
sorgente e destinazione la banda offerta possa essere convenientemente utilizzata. A parte talune
applicazioni tipiche dell'ambiente telecom, una tale banda viene sfruttata da un insieme di utenze che
differiscono sia a livello di network e protocol layers, sia a livello di physical layer. La convergenza su di
un unico canale di differenti tipologie di traffico dati richiede di conseguenza una scomposizione e
ricomposizione dell'informazione che introduce una limitazione non trascurabile nelle prestazioni
complessive del network.
La tecnologia dei Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL) e' alla base di un approccio
parallelo alla trasmissione ottica dell'informazione. La singola fibra e' sostituita da un "flat-cable" composto
in genere da dodici fibre che realizzano un vero e proprio bus ottico parallelo pilotato da un array di
VCSELs. Il collegamento parallelo offre una serie di vantaggi nei confronti della trasmissione seriale. La
ripartizione del traffico dati su piu' fibre permette di ottenere le prestazioni della classe OC-192 impiegando
una frequenza di trasmissione non superiore al GHz. L'assenza del processo di serializzazione abbassa la
latenza di trasmissione a pochi cicli di clock e la trasmissione esplicita di un segnale di sincronismo tra
sorgente e destinazione rende inutile la delicata logica di clock recovery rendendo piu' affidabile il canale
di comunicazione. Il determinismo della latenza di trasmissione rende questo tipo di link di grande
interesse in applicazioni critical-real-time ed in generale laddove sia importante garantire la scalabilita'
delle prestazioni affiancando in parallelo piu' canali.
Il costo relativamente alto dei ribbon ottici limita tuttavia questa architettura al settore delle
interconnessioni Very Short Range (VSR) con distanze dell'ordine di poche centinaia di metri.
La DenseWavelength Division Multiplexing (DWDM) e' infine una tecnica basata sull'impiego di
diodi laser in grado di generare luce a specifiche lunghezze d'onda con una spaziatura standardizzata di 100
GHz o 50 GHz. La radiazione generata simultaneamente da sorgenti a lunghezze d'onda differenti viene
miscelata all'estremita' di un' unica fibra per essere successivamente demiscelata all'altra estremita'. Le
lunghezze d'onda sono assegnate in modo univoco ad utenze differenti che, in base al loro "colore",
utilizzano lo spettro di frequenze trasmesso dall' unica fibra.
Il processo di multiplexing e demultiplexing avviene esclusivamente a livello ottico senza richiedere
alcuna manipolazione elettronica del dato. Questo rende possibile la coesistenza su di un unico canale di
piu' protocolli di trasmissione non omogenei. La tecnologia DWDM permette oggi di miscelare da alcune
decine a centinaia di canali sulla stessa fibra precedentemente impiegata per una sola utenza e si presenta
come una soluzione particolarmente interessante per applicazioni di Wide Area Network (WAN).
L'esperimento COLOR (COlored Link for Optical Readout) propone la realizzazione di link in
tecnonologia DWDM per applicazioni di read-out in apparati sperimentali di fisica. Il progetto si basa sul
transponder Translight (si veda l'allegato) della Agere (ex Lucent - AT&T) che integra in un unico
dispositivo un canale full-duplex DWDM. Questo dispositivo riceve e trasmette parole dati a 16 bit ad una
frequenza di 155.52 MHz. In trasmissione, la parola di 16 bit viene serializzata e trasmessa su fibra con una
frequenza di trasferimento di 2.48 Gbit/s (OC-48). Analogamente, in ricezione la stream seriale viene
convertita in parallelo e presentata in uscita. Il transponder e' disponibile con una spaziatura di 100 GHz
nelle 48 frequenze standard ITU e necessita di un mux/demux esterno per la miscelazione ed estrazione dei
segnali sulla fibra.
Il trasponder verra' interfacciato con FPGA della Xilinx in modo da realizzare un nodo full-duplex di
acquisizione dati. Questo richiedera' lo sviluppo e la realizzazione della logica di network control e di
segmentazione e ricostruzione delle parole dati trasferite dall'utente.
L'esperimento COLOR prevede uno sviluppo delle attivita' nell'arco di tre anni. Il primo anno sara'
dedicato al collaudo del dispositivo Translight ed alla progettazione di un link DWDM punto a punto tra
due nodi senza l'impiego di mux e demux ottici. Nel secondo anno si prevede di ampliare l'architettura del
network introducendo la miscelazione/demiscelazione ottica e di caratterizzare l'affidabilita' dell'intero
sistema. Il terzo anno sara' dedicato alla progettazione e realizzazione di una mini-rete DWDM cosi' da
simulare il funzionamento dell'intera architettura in un'applicazione reale, quale il read-out di un apparato
sperimentale.
2002
Codice
Esperimento
COLOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Gruppo
Percentuale
RICERCATORI
P.A.
5
40
P.A.
5
40
Dipendenti
N
1
2
Cognome e Nome
Aloisio Alberto
Cevenini Francesco
Incarichi
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Mod. EC/EN 7
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
tecnica tecnica
,8 Tecnici Full Time Equivalent
Percentuale
2002
Codice
Esperimento
COLOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
COLOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
COLOR
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
Esperimento
COLOR
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Mod. EC 10
%
2002
Struttura
Codice
Resp. Naz.:
Esperimento
COLOR
Gruppo
5
Alberto Aloisio
NAPOLI
Data prevista per
il completamento
Descrizione
livello raggiunto
alla data prevista
in %
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
Gruppo
COLOR
5
Resp.Naz.:
Struttura
Alberto Aloisio
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Veneziano Stefano
Budinich
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Mod. EC/EN 11a
Numero
Pagine
Data
Advance Data Sheet
March 2001
CA16-Type 2.5 Gbits/s Translight ™ DWDM Transponder with
16-Channel 155 Mbits/s Multiplexer/Demultiplexer
■
Multiple alarms:
— Loss of signal.
— Loss of reference clock.
— Loss of framing.
— Laser degrade alarm.
Applications
The Translight Transponders integrate up to 15 discrete
ICs and optical components, including a 2.5 Gbits/s
optical transmitter and receiver pair, all in a single,
compact package.
Features
■
■
2.5 Gbits/s optical transmitter and receiver with
16-channel 155 Mbits/s multiplexer/demultiplexer.
Available with 1.55 µm cooled DFB laser transmitter and an APD receiver for long-reach applications.
— Offers 45 standard ITU wavelengths with
100 GHz spacing.
— Each module is capable of two wavelengths
under user control.
■
Pigtailed, low-profile package.
■
Differential LVPECL data interface.
■
Operating case temperature range: 0 °C to 65 °C.
■
Automatic transmitter optical power control.
■
Laser bias monitor output.
■
Transmitter laser disable input.
■
Line loopback and diagnostic loopback capability.
■
Telecommunications
— Inter- and intraoffice SONET/SDH
— Subscriber loop
— Metropolitan area networks
■
High-speed data communications
Description
The CA16-type transponder performs the parallel-toserial-to-optical transport and optical transport-toserial-to-parallel function of the section and photonic
layers of the SONET/SDH protocol. The CA16 transmitter section performs the bit serialization and optical transmission of SONET/SDH OC-48/STM-16
data that has been formatted into standard SONET/
SDH compliant 16-bit parallel format. The CA16
receiver performs the optical-to-electrical conversion
function and is then able to detect frame and byte
boundaries and demultiplex the serial data into 16-bit
parallel OC-48/STM-16 format.
The CA16 transponder does not perform byte-level
multiplexing or interleaving.
CA16-Type 2.5 Gbits/s Translight DWDM Transponder with
Advance Data Sheet
March 2001
Table of Contents
Contents
Page
Features ................................................................... 1
Applications .............................................................. 1
Description ............................................................... 1
Absolute Maximum Ratings ...................................... 3
Block Diagram........................................................... 4
Pin Information ......................................................... 5
Pin Descriptions ....................................................... 6
Functional Description ........................................... 12
Receiver ............................................................ 12
Transmitter ........................................................ 12
Loopback Modes ............................................... 13
Transponder Interfacing ..................................... 13
Optical Characteristics ........................................... 15
Electrical Characteristics ........................................ 16
Timing Characteristics ........................................... 18
Transmitter Data Input Timing ........................... 18
Input Timing Mode 1 .......................................... 19
Input Timing Mode 2 .......................................... 20
Forward Clocking ............................................... 21
PCLK-to PICLK Timing ........................................ 22
PHERR/PHINIT .................................................. 23
Receiver Framing ............................................... 25
Wavelength Selection ............................................. 26
Qualification and Reliability .................................... 27
Laser Safety Information ....................................... 27
Class I Laser Product ......................................... 27
Electromagnetic Emissions and Immunity ......... 27
Outline Diagram ..................................................... 28
Ordering Information .............................................. 29
Related Product Information ................................... 29
2
Tables
Page
Table 1. CA16-Type Transponder Pinout ................. 6
Table 2. CA16-Type Transponder Input Pin
Descriptions ............................................... 10
Table 3. CA16-Type Transponder Output Pin
Descriptions ............................................... 11
Table 4. OC-48/STM-16 Transmitter Optical
Characteristics .......................................... 15
Table 5. OC-48/STM-16 Receiver Optical
Characteristics .......................................... 15
Table 6. Power Supply Characteristics .................... 16
Table 7. Transmitter Electrical I/O Characteristics... 16
Table 8. Receiver Electrical I/O Characteristics ...... 17
Table 9. Transmitter ac Timing Characteristics ....... 24
Table 10. Receiver ac Timing Characteristics ......... 24
Table 11. Ordering Information ................................ 29
Table 12. Related Product Information .................... 29
Figures
Page
Figure 1. CA16-Type Transponder Block Diagram.... 4
Figure 2. CA16-Type Transponder Pinout ................. 5
Figure 3. Transponder Interfacing............................ 13
Figure 4. Interfacing to the TXREFCLK Input ............ 14
Figure 5. Block Diagram Timing Mode 1.................. 19
Figure 6. Block Diagram Timing Mode 2.................. 20
Figure 7. Forward Clocking of the
CA16 Transponder .................................. 21
Figure 8. PCLK-to PICLK Timing............................... 22
Figure 9. PHERR/PHINIT Timing............................. 23
Figure 10. ac Input Timing ....................................... 24
Figure 11. Receiver Output Timing Diagram ........... 24
Figure 12. Frame and Byte Detection ...................... 25
Figure 13. OOF Timing (FRAMEN = High) .............. 25
Figure 14. FRAMEN Timing..................................... 26
Agere Systems Inc..
Advance Data Sheet
March 2001
Description (continued)
Figure 1 shows a simplified block diagram of the CA16Type transponder. This device is a bidirectional module
designed to provide a SONET or SDH compliant electro-optical interface between the SONET/SDH photonic
physical layer and the electrical section layer. The module contains a wavelength-tunable (two channels at
100 GHz) 2.5 Gbits/s optical transmitter and a
2.5 Gbits/s optical receiver in the same physical package along with the electronics necessary to multiplex
and demultiplex sixteen 155 Mbits/s electrical channels. Clock synthesis, clock recovery, and SONET/SDH
frame detection circuits are also included within the
module.
In the transmit direction, the transponder module multiplexes sixteen 155 Mbits/s PECL electrical data signals
into an optical signal at 2488.32 Mbits/s for launching
into optical fiber. An internal 2.488 GHz reference oscillator is phase-locked to an external 155.52 MHz data
timing reference.
The optical transmitter is available at any ITU grid
wavelength with a 1.55 µm cooled DFB laser for longreach applications. The optical output signal is SONET
and ITU compliant for OC-48/STM-16 applications as
shown in Table 4, OC-48/STM-16 Transmitter Optical
Characteristics.
In the receive direction, the transponder module
receives a 2488.32 Mbits/s optical signal and converts
it to an electrical signal, and then extracts a clock signal and demultiplexes the data into sixteen 155 Mbits/s
differential LVPECL data signals. When enabled, the
module can also detect SONET/SDH frame boundaries. The optical receiver is available with an APD
photodetector. The receiver operates over the wavelength range of 1.1 µm to 1.6 µm and is fully compliant
to SONET/SDH OC-48/STM-16 physical layer specifications as shown in Table 5, OC-48/STM-16 Receiver
Optical Characteristics.
Absolute Maximum Ratings
Stresses in excess of the absolute maximum ratings can cause permanent damage to the device. These are absolute stress ratings only. Functional operation of the device is not implied at these or any other conditions in excess
of those given in the operations sections of the data sheet. Exposure to absolute maximum ratings for extended
periods can adversely affect reliability.
Parameter
Symbol
Min
Max
Unit
Operating Case Temperature Range
TC
0
75
°C
Storage Case Temperature Range
TS
–40
85
°C
Supply Voltage
—
–0.5
5.5
V
Voltage on Any LVPECL Pin
—
0
VCC
—
High-speed LVPECL Output Source Current
—
—
50
mA
ESD
—
500
V
Relative Humidity (noncondensing)
RH
—
85
%
Receiver Optical Input Power—Biased APD
PIN
—
0
dBm
Minimum Fiber Bend Radius
—
1.25 (31.8)
—
in. (mm)
Static
Discharge Voltage1
1. Human body model.
Agere Systems Inc.
3
Advance Data Sheet
March 2001
Block Diagram
WS (WAVELENGTH
SELECT)
TXDIS
WDEA
LSR ALRM
LPM
PICLKP/N
16
TXREFCLKP/N
D
OC-48/STM-16
OPTICAL TRANSMITTER
2
TIMING
GENERATION
PHINIT
PHERR
PCLKP/N
16:1 PARALLEL
TO SERIAL
2
2
LOCKDET
MUX
TXD[0:15]N
16
MUX
TXD[0:15]P
CLOCK DIVIDER
AND
PHASE DETECT
LLOOP
RESET
DLOOP
OOF
FRAMEN
SEARCH
FP
POCLKP/N
2
MUX
FRAME/BYTE
DETECT
TIMING
GEN
CK
RXQ[0:15]N
16
1:16 SERIAL
TO PARALLEL
MUX
RXQ[0:15]P
16
D
OC-48/STM-16
OPTICAL RECEIVER
W/CLOCK RECOVERY
LOS
IPDMON
1-1011(F).f
Figure 1. CA16-Type Transponder Block Diagram
4
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Pin Information
80
70
60
50
40
30
20
10
1
FGND
NC
NC
NC
NC
RXDGND
RXQ00N
RXQ00P
RXQ02N
RXQ02P
RXDGND
RXQ04N
RXQ04P
RXQ06N
RXQ06P
RXDGND
RXQ08N
RXQ08P
RXQ10N
RXQ10P
RXDGND
RXQ12N
RXQ12P
RXQ14N
RXQ14P
RXDGND
VTEC
VTEC
VTEC
RXDGND
RXAGND
RXAGND
RX3.3A
RXAGND
RXAGND
NC
RX3.3D
RX3.3D
RXDGND
FRAMEN
FP
WDEA
DLOOP
NC
LSRBIAS
LSRALM
LPM
TXAGND
TX3.3A
TX3.3A
TXAGND
TX3.3D
TX3.3D
TXDGND
LOCKDET
PICLKN
PICLKP
TXDGND
TXD01N
TXD01P
TXD03N
TXD03P
TXDGND
TXD05N
TXD05P
TXD07N
TXD07P
TXDGND
TXD09N
TXD09P
TXD11N
TXD11P
TXDGND
TXD13N
TXD13P
TXD15N
TXD15P
TXDGND
IPDMON
FGND
FGND
NC
NC
NC
NC
RXDGND
RXQ01N
RXQ01P
RXQ03N
RXQ03P
RXDGND
RXQ05N
RXQ05P
RXQ07N
RXQ07P
RXDGND
RXQ09N
RXQ09P
RXQ11N
RXQ11P
RXDGND
RXQ13N
RXQ13P
RXQ15N
RXQ15P
RXDGND
VTEC
VTEC
WS
NC
POCLKN
POCLKP
RX3.3A
RXAGND
RXAGND
SEARCH
RX3.3D
RX3.3D
RXDGND
OOF
RXDGND
LOS
LLOOP
PHERR
NC
TXDIS
PHINIT
NC
TX3.3A
TX3.3D
TXAGND
TXDGND
PCLKN
PCLKP
TXDGND
TXD00N
TXD00P
TXDGND
TXD02N
TXD02P
TXD04N
TXD04P
TXDGND
TXD06N
TXD06P
TXD08N
TXD08P
TXDGND
TXD10N
TXD10P
TXD12N
TXD12P
TXDGND
TXD14N
TXD14P
TXREFCLKN
TXREFCLKP
TXDGND
RESET
FGND
160
150
RX
140
130
120
110
100
TX
90
TOP VIEW
81
1-1014(F).d
Figure 2. CA16-Type Transponder Pinout
Agere Systems Inc.
5
Advance Data Sheet
March 2001
Pin Descriptions
Table 1. CA16-Type Transponder Pinout
Pin #
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
Pin Name
FGND
IPDMON
TxDGND
TxD15P
TxD15N
TxD13P
TxD13N
TxDGND
TxD11P
TxD11N
TxD09P
TxD09N
TxDGND
TxD07P
TxD07N
TxD05P
TxD05N
TxDGND
TxD03P
TxD03N
TxD01P
TxD01N
TxDGND
PICLKP
PICLKN
LOCKDET
TxDGND
Tx3.3D
Tx3.3D
TxAGND
Tx3.3A
Tx3.3A
TxAGND
LPM
LSRALM
LSRBIAS
NC
DLOOP
WDEA
FP
FRAMEN
I/O
I
O
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
O
I
I
I
I
I
I
I
O
O
O
—
I
O
O
I
Logic
Supply
Analog
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
SUPPLY
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVTTL
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Analog
5 V CMOS
Analog
—
LVTTL
5 V CMOS
LVPECL
LVTTL
Description
Ground1
Frame
Receiver Photodiode Current Monitor
Transmitter Digital Ground
Transmitter 155 Mbits/s MSB Data Input
Transmitter 155 Mbits/s MSB Data Input
Transmitter 155 Mbits/s Data Input
Byte-Aligned Parallel Input Clock at 155 MHz
Byte-Aligned Parallel Input Clock at 155 MHz
Lock Detect
Transmitter 3.3 V Digital Supply
Transmitter 3.3 V Digital Supply
Transmitter Analog Ground
Transmitter 3.3 V Analog Supply
Transmitter 3.3 V Analog Supply
Laser Power Monitor
Laser Degrade Alarm
Not Implemented on the CA16-Type Transponder
No User Connection Permitted2
Diagnostic Loopback
Wavelength Deviation Error Alarm
Frame Pulse
Frame Enable
1. Frame ground is connected to the housing and is isolated from all circuit grounds (TxDGND, TxAGND, RxDGND, RxAGND).
2. Pins labeled no connection must remain open circuits; they have internal voltages and must not be connected to VCC, Ground,
or any signal node.
6
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Pin Descriptions (continued)
Table 1. CA16-Type Transponder Pinout (continued)
Pin #
Pin Name
I/O
Logic
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
RxDGND
Rx3.3D
Rx3.3D
NC
RxAGND
RxAGND
Rx3.3A
RxAGND
RxAGND
RxDGND
VTEC
VTEC
VTEC
RxDGND
RxQ14P
RxQ14N
RxQ12P
RxQ12N
RxDGND
RxQ10P
RxQ10N
RxQ08P
RxQ08N
RxDGND
RxQ06P
RxQ06N
RxQ04P
RxQ04N
RxDGND
RxQ02P
RxQ02N
RxQ00P
RxQ00N
RxDGND
NC
NC
NC
NC
FGND
FGND
Reset
I
I
I
—
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
O
O
O
O
I
O
O
O
O
I
O
O
O
O
I
O
O
O
O
I
—
—
—
—
I
I
I
Supply
Supply
Supply
—
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
SUPPLY
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
—
—
—
—
Supply
Supply
—
Description
Receiver Digital Ground
Receiver 3.3 V Digital Supply
Receiver 3.3 V Digital Supply
Receiver Analog Ground
Receiver 3.3 V Analog Supply
TEC Cooler 3 V Analog Supply Voltage
Receiver 155 Mbits/s Data Output
Receiver 155 Mbits/s LSB Data Output
Receiver 155 Mbits/s LSB Data Output
Frame Ground1
Frame Ground1
Master Reset
or any signal node.
Agere Systems Inc.
7
Advance Data Sheet
March 2001
Pin #
Pin Name
I/O
Logic
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
TxDGND
TxREFCLKP
TxREFCLKN
TxD14P
TxD14N
TxDGND
TxD12P
TxD12N
TxD10P
TxD10N
TxDGND
TxD08P
TxD08N
TxD06P
TxD06N
TxDGND
TxD04P
TxD04N
TxD02P
TxD02N
TxDGND
TxD00P
TxD00N
TxDGND
PCLKP
PCLKN
TxDGND
TxAGND
Tx3.3D
Tx3.3A
NC
PHINIT
TXDIS
NC
PHERR
LLOOP
LOS
RxDGND
OOF
RxDGND
Rx3.3D
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
O
I
I
I
I
I
—
I
I
—
O
I
O
I
I
I
I
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
SUPPLY
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
SUPPLY
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
Supply
Supply
Supply
Supply
—
LVPECL
TTL
—
LVPECL
LVTTL
LVTTL
Supply
LVTTL
Supply
Supply
Description
Transmitter 155 Mbits/s Reference Clock Input
Transmitter 155 Mbits/s Reference Clock Input
Transmitter 155 Mbits/s LSB Data Input
Transmitter 155 Mbits/s LSB Data Input
Transmitter Parallel Reference Clock Output
Transmitter Parallel Reference Clock Output
Transmitter Digital 3.3 V Supply
Transmitter Analog 3.3 V Supply
Future Function (I2C Clock)
Phase Initialization
Transmitter Disable
Future Function (I2C Data)
Phase Error
Line Loopback (active-low)
Loss of Signal
Out of Frame (enable frame detection)
Receiver Digital 3.3 V Supply
or any signal node.
8
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Pin #
Pin Name
I/O
Logic
Description
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
Rx3.3D
SEARCH
RxAGND
RxAGND
Rx3.3A
POCLKP
POCLKN
NC
WS
VTEC
VTEC
RxDGND
RxQ15P
RxQ15N
RxQ13P
RxQ13N
RxDGND
RxQ11P
RxQ11N
RxQ09P
RxQ09N
RxDGND
RxQ07P
RxQ07N
RxQ05P
RxQ05N
RxDGND
RxQ03P
RxQ03N
RxQ01P
RxQ01N
RxDGND
NC
NC
NC
NC
FGND
I
O
I
I
I
O
O
—
I
I
I
I
O
O
O
O
I
O
O
O
O
I
O
O
O
O
I
O
O
O
O
I
—
—
—
—
I
SUPPLY
LVTTL
Supply
Supply
Supply
LVPECL
LVPECL
—
LVTTL
Supply
Supply
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
LVPECL
LVPECL
LVPECL
LVPECL
Supply
—
—
—
—
Supply
Receiver Digital 3.3 V Supply
Frame Search Output
Receiver Analog 3.3 V Supply
Byte-Aligned Parallel Output Clock at 155 MHz
Byte-Aligned Parallel Output Clock at 155 MHz
Binary Input to Select One of Two Grid Wavelengths
Receiver MSB 155 Mbits/s Data Output
Receiver MSB 155 Mbits/s Data Output
Frame Ground1
2. Pins labeled no connection must remain open circuits; they have internal voltages and must not be connected to VCC, Ground, or any signal
node.
Agere Systems Inc.
9
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March 2001
Table 2. CA16-Type Transponder Input Pin Descriptions
Pin Name
Pin Description
TxD[0:15]P
TxD[0:15]N
16-Bit Differential LVPECL Parallel Input Data Bus. TxD15P/N is the most significant bit of the
input word and is the first bit serialized. TxD00P/N is the least significant bit of the input word and
is the last bit serialized. TxD[0:15]P/N is sampled on the rising edge of PICLK.
PICLKP
Differential LVPECL Parallel Input Clock. A 155 MHz nominally 50% duty cycle input clock to
PICLKN
which TxD[0:15]P/N is aligned. The rising edge of PICLK transfers the data on the 16 TxD inputs
into the holding register of the parallel-to-serial converter.
TxREFCLKP Differential LVPECL Low Jitter 155.520 MHz Input Reference Clock. This input is used as the
TxREFCLKN reference for the internal clock frequency synthesizer, which generates the 2.5 GHz bit rate clock
used to shift data out of the parallel-to-serial converter and also for the byte-rate clock, which
transfers the 16-bit parallel input data from the input holding register into the parallel-to-serial shift
register. Input is internally terminated and biased. See discussion on timing interface, page 18.
TxDIS
Transmitter Disable Input. A logic high on this input pin shuts off the transmitter’s laser so that
there is no optical output.
WS
Wavelength Select. When this input is a logic 0 or left floating, the output wavelength will be the
nominal wavelength (at 25 °C); when it is a logic 1, the wavelength will increase by approximately
0.8 nm (100 GHz frequency decrease).
DLOOP
Diagnostic Loopback Enable (LVTTL). When the DLOOP input is low, the 2.5 Gbits/s serial data
stream from the parallel-to-serial converter is looped back internally to the serial-to-parallel converter along with an internally generated bit synchronous serial clock. The received serial data
path from the optical receiver is disabled.
LLOOP
Line Loopback Enable (LVTTL). When LLOOP is low, the 2.5 Gbits/s serial data and recovered
clock from the optical receiver are looped directly back to the optical transmitter. The multiplexed
serial data from the parallel-to-serial converter is ignored.
PHINIT
Phase Initialization (Single-Ended LVPECL). This input is used to align the internal elastic store
(FIFO). A rising edge on PHINIT will realign the internal timing (see FIFO discussion, pages 12
and 18).
*
FRAMEN
Frame Enable Input (LVTTL). Enables the frame detection circuitry to detect A1, A2 byte alignment and to lock to a word boundary. The CA16 transponder will continually perform frame acquisition as long as FRAMEN is held high. When this input is low, the frame-detection circuitry is
disabled. Frame-detection process is initiated by rising edge of out-of-frame pulse.
OOF*
Out of Frame (LVTTL). This input indicator is typically generated by external SONET/SDH overhead monitor circuitry in response to a state in which the frame boundaries of the received
SONET/SDH signal are unknown, i.e., after system reset or loss of synchronization. The rising
edge of the OOF input initiates the frame detection function if FRAMEN is high. The FP output
goes high when the frame boundary is detected in the incoming serial data stream from the optical receiver.
RESET
Master Reset (LVTTL). Reset input for the multiplexer and demultiplexer. A logic low on this input
clears all buffers and registers. During RESET, POCLK and PCLK do not toggle.
* Future versions of the cooled transponder will not support the frame-detect function.
10
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Advance Data Sheet
March 2001
Table 3. CA16-Type Transponder Output Pin Descriptions
Pin Name
Pin Description
RxQ[0:15]P 16-Bit Differential LVPECL Parallel Output Data Bus. RxQ[0:15] is the 155 Mbyte/s 16-bit output
RxQ[0:15]N word. RxQ15P/N is the most significant bit of the received word and is the first bit serialized.
RxQ00P/N is the least significant bit of the received word and is the last bit serialized. RxQ[0:15]P/
N is updated on the falling edge of POCLK.
POCLKP
POCLKN
Differential LVPECL Parallel Output Clock. A 155 MHz nominally 50% duty cycle, byte rate output clock that is aligned to the RxQ[0:15] byte serial output data. RxQ[0:15] and FP are updated on
the falling edge of POCLK.
FP*
Frame Pulse (LVPECL). Indicates frame boundaries in the received serial data stream. If framing
pattern detection is enabled (FRAMEN high and OOF), FP pulses high for one POCLK cycle when
a 32-bit sequence matching the framing pattern is detected in the received serial data. FP is
updated on the falling edge of POCLK.
SEARCH*
A1 A2 Frame Search Output (LVTTL). A high on this output pin indicates that the frame detection
circuit is active and is searching for a new A1 A2 byte alignment. This output will be high during the
entire A1 A2 frame search. Once a new alignment is found, this signal will remain high for a minimum of one 155 MHz clock period beyond the third A2 byte before it will be set low.
LOS
Loss of Signal (LVTTL). A low on this output indicates a loss of clock by the clock recovery circuit
in the optical receiver.
LSRBIAS
Laser Bias Alarm (Analog). The analog bias alarm is not available on the CA16 transponders.
LSRALM
Laser Degrade Alarm (5 V CMOS). This output goes to a logic 0 when the laser output power
degrades 2 dB below the nominal output power.
LPM
Laser Power Monitor (Analog). Provides an indication of the output power level from the transmitter laser. This output is set at 500 mV for the nominal transmitter optical output power. If the optical
power decreases by 3 dB, this output will drop to approximately 250 mV, and if the output power
should increase by 3 dB, this output will increase to 1000 mV.
PCLKP/N
Parallel Byte Clock (Differential LVPECL). A byte-rate reference clock generated by dividing the
internal 2.488 GHz serial bit clock by 16. This output is normally used to synchronize byte-wide
transfers from upstream logic into the CA16 transponder. See timing discussion for additional
details, page 18.
PHERR
Phase Error Signal (Single-Ended LVPECL). Pulses high during each PCLK cycle for which there
is a potential setup/hold timing violation between the internal byte clock and the PICLK timing
domain. PHERR is updated on the falling edge of the PCLK outputs.
IPDMON
Receiver Photodiode Current Monitor (Analog). This output provides a current output that is a
mirror of the of the photocurrent generated by the optical receiver’s photodetector diode (APD or
PIN). A 10 kΩ resistor from pin 2 to ground provides a voltage at this output ranging from ~1 mV to
~800 mV, depending on the optical input power.
WDEA
LOCKDET
Wavelength Deviation Alarm (5 V TTL). This output changes logic levels whenever the optical
transmitter’s wavelength deviates from the nominal wavelength by more than ±100 pm.
Lock Detect (LVTTL). This output goes low after the transmit side PLL has locked to the clock signal provided at the TXREFCLK input pins. LOCKDET is an asychronous output.
* Future versions of the cooled transponder will not support the frame-detect function.
Agere Systems Inc.
11
Functional Description
Receiver
The optical receiver in the CA16-type transponder has an
APD and is optimized for the particular SDH/SONET
application segment in which it was designed to operate.
The detected serial data output of the optical receiver is
connected to a clock and data recovery circuit (CDR),
which extracts a 2488.32 MHz clock signal. This recovered serial bit clock signal and a retimed serial data signal
are presented to the 16-bit serial-to-parallel converter and
to the frame and byte detection logic.
The serial-to-parallel converter consists of three 16-bit
registers. The first is a serial-in parallel-out shift register,
which performs serial-to-parallel conversion. The second
is an internal 16-bit holding register, which transfers data
from the serial-to-parallel register on byte boundaries as
determined by the frame and byte detection logic. On the
falling edge of the free-running POCLK signal, the data in
the holding register is transferred to the output holding
register where it becomes available as RxQ[0:15].
Note: Future versions of the cooled transponder will
not support the frame-detect function.
The frame and byte boundary detection circuitry searches
the incoming data for three consecutive A1 bytes followed
immediately by an A2 byte. Framing pattern detection is
enabled and disabled by the FRAMEN input. The frame
detection process is started by a rising edge on OOF
while FRAMEN is active (FRAMEN = high). It is disabled
when a framing pattern is detected. When framing pattern
detection is enabled (FRAMEN = high), the framing pattern is used to locate byte and frame boundaries in the
incoming serial data stream from the CDR circuits. During
this time, the parallel output data bus (RxQ[0:15]) will not
contain valid data. The timing generator circuitry takes the
located byte boundary and uses it to block the incoming
serial data stream into bytes for output on the parallel output data bus (RxQ[0:15]). The frame boundary is reported
on the framing pulse (FP) output when any 32-bit pattern
matching the framing pattern is detected in the incoming
serial data stream. When framing detection is disabled
(FRAMEN = low), the byte boundary is fixed at the location found when frame detection was previously enabled.
Transmitter
The optical transmitter in the CA16-type transponder is
optimized for the particular SDH/SONET segment in
which it is destined to operate. The transmitter has a
cooled DFB laser as the optical element and operates at a
nominal 1550 nm (45 standard ITU wavelengths are available for DWDM applications). Under user control, the
transmitter can switch to either one of two adjacent ITU
wavelengths (100 GHz spacing). The transmitter is driven
12
Advance Data Sheet
March 2001
by a serial data stream developed in the parallel-to-serial
conversion logic and by a 2488.32 MHz serial bit clock
signal synthesized from the 155.52 MHz TXREFCLK input.
Note that the clock divider and phase-detect circuitry
shown in Figure 1 generates internal reference clocks and
timing functions for the transmitter. Therefore, it is important that the TxREFCLK input is generated from a precise
and stable source. To prevent internal timing signals from
producing jitter in the transmitted serial data that exceeds
the SDH/SONET jitter generation requirements of 0.01 UI,
it is required that the TxREFCLK input be generated from a
crystal oscillator or other source having a frequency accuracy better than 20 ppm. In order to meet the SDH/
SONET jitter generation requirement, the reference clock
jitter must be guaranteed to be less than 1 ps rms over the
12 kHz to 20 MHz bandwidth. When used in SONET network applications, this input clock must be derived from a
source that is synchronized to the primary reference clock.
The timing generation circuitry provides two separate
functions. It develops a byte rate clock that is synchronized to the 2488.32 MHz transmit serial clock, and it provides a mechanism for aligning the phase between the
incoming byte clock (PICLK) and the clock that loads the
parallel data from the input register into the parallel-toserial shift register.
The PCLK output is a byte rate (155 MHz) version of the
serial transmit clock and is intended for use by upstream
multiplexing and overhead processing circuits. Using
PCLK for upstream circuits will ensure a stable frequency
and phase relationship between the parallel data coming
into the transmitter and the subsequent parallel-to-serial
timing functions. In the parallel-to-serial conversion process, the incoming data is passed from the PICLK byte
clock timing domain to the internally generated byte clock
timing domain that is phase aligned to the internal serial
transmit clock. The timing generator also produces a feedback reference clock to the phase detector. A counter
divides the synthesized clock down to the same frequency
as the reference clock TxREFCLK.
The parallel-to-serial converter shown in Figure 1 is comprised of an FIFO and a parallel-to-serial register. The
FIFO input latches the data from the TxD[0:15]P/N bus on
the rising edge of PICLK. The parallel-to-serial register is a
loadable shift register that takes parallel input from the
FIFO output. An internally generated divide-by-16 clock,
which is phase aligned to the transmit serial clock, as
described above, activates the parallel data transfer
between registers. The serial data is shifted out of the parallel-to-serial register at the transmit serial clock rate.
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
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Functional Description (continued)
Transponder Interfacing
Loopback Modes
The TxD[0:15]P/N, TxREFCLKP/N, and PICLKP/N
inputs and the RxQ[0:15]P/N, POCLKP/N, and PCLKP/
N outputs are high-speed (155 Mbits/s), LVPECL differential data and clock signals. To maintain optimum signal fidelity, these inputs and outputs must be
connected to their terminating devices via 50 Ω controlled-impedance transmission lines. The transmitter
inputs (TxD[0:15]P/N, TxREFCLKP/N, and PICLKP/N)
must be terminated as close as possible to the CA16
transponder connector with a Thevenin equivalent
impedance equal to 50 Ω terminated to Vcc – 2 V. The
receiver outputs (RxQ[0:15]P/N, POCLKP/N, and
PCLKP/N) must be terminated as close as possible to
the device (IC) that these signals interface to with a
Thevenin equivalent impedance equal to 50 Ω terminated to Vcc – 2 V.
The CA16-type transponder is capable of operating in
either of two loopback modes: diagnostic loopback or
line loopback.
Line Loopback
When LLOOP is pulled low, the received serial data
stream and recovered 2488.32 MHz serial clock from
the optical receiver are connected directly to the serial
data and clock inputs of the optical transmitter. This
establishes a receive-to-transmit loopback at the serial
line rate.
Diagnostic Loopback
When DLOOP is pulled low, a loopback path is established from the transmitter to the receiver. In this mode,
the serial data from the parallel-to-serial converter and
the transmit serial clock is looped back to the serial-toparallel converter and the frame and byte detect circuitry, respectively.
Figure 3, below, shows one example of the proper terminations. Other methods may be used, provided they
meet the requirements stated above.
3.3 V
SONET/SDH
INTERFACE IC
CA16-TYPE TRANSPONDER
130 Ω
130 Ω
TxD[0:15]P
(LVPECL)
50 Ω IMPEDANCE
TRANSMISSION LINES
80 Ω
3.3 V
130 Ω
130 Ω
80 Ω
80 Ω
Tx
DEMUX
Rx
RxD[0:15]P
(LVPECL)
50 Ω IMPEDANCE
TRANSMISSION LINES
RxLINE
MUX
TxD[0:15]N
(LVPECL)
80 Ω
CONNECTOR
TxLINE
RxD[0:15]N
(LVPECL)
1-1054(F)
Figure 3. Transponder Interfacing
Agere Systems Inc.
13
Functional Description (continued)
Advance Data Sheet
March 2001
differently than the TXD and PICLK inputs. Differentially,
the input impedance at this input is 100 Ω, but due to
the way it is biased internally, when driven singleended, the impedance appears as 60 Ω. The proper
termination scheme for the TXREFCLK input is shown in
Figure 4.
Transponder Interfacing (continued)
TxREFCLKP/N
The TXREFCLK input is different than the other inputs to
the transmitter because it is internally terminated, accoupled, and self-biased. Therefore, it must be treated
CA16 TRANSPONDER
MULTIPLEXER
LVPECL
SONET/SDH
INTERFACE
IC
(VCC = 3.3 V)
100 Ω
TXREFCLKP
50 Ω TRANSMISSION LINES
CONNECTOR
330 Ω
330 Ω
TXREFCLKN
PLL
CLOCK
SYNTHESIZER
DIFFERENTIAL INTERFACE
CA16 TRANSPONDER
MULTIPLEXER
LVPECL
SONET/SDH
INTERFACE
IC
(VCC = 3.3 V)
60 Ω
TXREFCLKN
0.1 µF
50 Ω TRANSMISSION LINES
CONNECTOR
330 Ω
300 Ω
TXREFCLKP
PLL
CLOCK
SYNTHESIZER
FOR A SINGLE-ENDED INPUT,
THE INPUT IMPEDANCE IS
EQUIVALENT TO 60 Ω.
SINGLE-ENDED INTERFACE
1-1084 (F).c
Figure 4. Interfacing to the TxRefClk Input
14
Agere Systems Inc.
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Optical Characteristics
Minimum and maximum values specified over operating case temperature range at 50% duty cycle data signal.
Typical values are measured at room temperature unless otherwise noted.
Table 4. OC-48/STM-16 Transmitter Optical Characteristics (Tc = 0 °C to 65 °C)
Parameter
Symbol
Min
Typ
Max
Unit
Po
–2
0
3
dBm
λ
1528
—
1563
nm
∆λ
–0.06
—
0.06
nm
∆λ20
SSR
re
tR, tF
—
30
8.2
—
—
—
1
—
—
nm
dB
dB
—
—
—
—
140
130
ps
ps
Power:1
Average Output
Long Reach (1.55 µm DFB laser)
Operating Wavelength:
Long Reach (1.55 µm DFB laser);
All 48 100 GHz ITU Grid Channels Available
Variation in Center Wavelength Over Operating
Temperature (EOL)
Spectral Width:
Long Reach (DFB laser) 2
Side-mode Suppression Ratio (DFB laser) 3
Extinction Ratio4
Optical Rise and Fall Time:
CA16A2-Type
CA16B2-Type
Dispersion Penalty:
CA16A2-Type
CA16B2-Type
Eye Mask of Optical Output 5, 6
Jitter Generation
DP
—
—
2.0
dB
—
—
2.0
dB
Compliant with GR-253 and ITU-T G.957
1. Output power definitions and measurements per ITU-T Recommendation G.957.
2. Full spectral width measured 20 dB down from the central wavelength peak under fully modulated conditions.
3. Ratio of the average output power in the dominant longitudinal mode to the power in the most significant side mode under fully modulated
conditions.
4. Ratio of logic 1 output power to logic 0 output power under fully modulated conditions.
5. GR-253-CORE, Synchronous Optical Network (SONET) Transport Systems: Common Generic Criteria.
6. ITU-T Recommendation G.957, Optical Interfaces for Equipment and Systems Relating to the Synchronous Digital Hierarchy.
Table 5. OC-48/STM-16 Receiver Optical Characteristics (Tc = 0 °C to 65 °C)
Parameter
Symbol
Min
Typ
Max
Unit
Average Receiver Sensitivity1:
APD Receiver
PRMIN
–29
–34
—
dBm
Maximum Optical Power:
APD Receiver (long reach)
PRMAX
–8
–6
—
dBm
Link Status Switching Threshold:
APD Decreasing Light Input
LSTD
—
TBD
—
dBm
Link Status Response Time
—
3
—
100
µs
Optical Path Penalty
—
—
—
2
dB
Receiver Reflectance
—
—
—
–27
dB
Jitter Tolerance and Jitter Transfer
1. At 1310 nm, 1 x 10–10 BER, 223 – 1 pseudorandom data input.
Agere Systems Inc.
15
Advance Data Sheet
March 2001
Electrical Characteristics
Table 6. Power Supply Characteristics (Tc = 0 °C to 65 °C)
Parameter
Supply Voltage
dc Power Supply Current Drain
TEC Voltage
TEC-Only Current Drain
Power Dissipation
Symbol
Min
Typ
Max
Unit
VCC
ICC
VTEC
TEC_ICC
PDISS
3.13
—
3.0
—
—
3.3
2000
3.3
0.6
<9
3.47
—
3.5
1200
—
V
mA
V
mA
W
Table 7. Transmitter Electrical I/O Characteristics (TC = 0 °C to 65 °C, VCC = 3.3 V ± 5%)
Parameter
Parallel Input Clock
Parallel Clock in Duty Cycle
Reference Clock Freq. Tolerance
Symbol
Logic
PICLKP/N
Diff.
LVPECL
—
—
TxREFCLKP/N
Diff.
LVPECL
—
—
tR, tF
—
TxREFCLK
Diff.
LVPECL
Reference Clock Input Duty Cycle
Reference Clock Rise and Fall Time1
Reference Clock Signal Levels2:
Differential Input Signal Level, ∆VINDIFF
Single-ended Input Sig. Level, ∆VINSINGLE
Differential Input Resistance, ∆R
Input Data Signal Levels:
TxD[0:15]P/N
Diff.
Input High, VIH
LVPECL
Input Low, VIL
Input Voltage Swing, ∆VIN
Transmitter Disable Input3
TxDIS
TTL (5 V)
3
Transmitter Enable Input
TxEN
TTL (5 V)
Wavelength-Select Voltage:
WS
TTL
Channel N Select, VλN
Channel N – 1 Select, VλN–1
Wavelength Deviation Alarm:
WDEA
TTL
Normal Mode, VNO-ALARM
Wavelength Alarm, VALARM
Alarm Setting (active-high)4
Laser Degrade Alarm:
LSRALM
TTL
Normal Mode, VNO-ALARM
Laser Degraded, VALARM
Laser Power Monitor Output5
LPM
Analog
Phase Initialization:
PHINIT
LVPECL
Input High, VIH
Input Low, VIL
Min
Typ
Max
Unit
153.90
155.52
157.00
MHz
40
–20
—
—
60
20
%
ppm
30
—
—
—
70
0.5
%
ns
300
150
80
—
—
100
1200
600
120
mV
mV
Ω
VCC – 1.2
VCC – 2.0
300
2.0
0
—
—
—
—
—
VCC – 0.3
VCC – 1.5
—
5.0
0.8
V
V
mV
V
V
0
2.0
—
—
0.8
VCC
V
V
0
4.5
–100
—
—
—
0.3
5
100
V
V
pm
4.5
0
35
—
—
500
5
0.3
1000
V
V
mV
VCC – 1.0
VCC – 2.3
—
—
VCC – 0.57
VCC – 1.44
V
V
1. 20% to 80%.
2. Internally biased and ac-coupled.
3. The transmitter is normally enabled and only requires an external voltage to disable.
4. The WDEA alarm becomes active when the optical wavelength deviates from the nominal center wavelength by more than 100 pm.
5. Set at 500 mV at nominal optical output power. Provides linear PO tracking (–3 dB = 250 mV, +3 dB = 1000 V).
6. Terminated into 200 Ω to GND and 100 Ω line-to-line.
16
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Electrical Characteristics (continued)
Table 7. Transmitter Electrical I/O Characteristics (TC = 0 °C to 65 °C, VCC = 3.3 V ± 5%) (continued)
Parameter
Error5:
Phase
Output High, VOH
Output Low, VOL
Line Loopback Enable:
Active-low:
Input High, VIH
Input Low, VIL
Diagnostic Loopback Enable:
Active- low:
Input High, VIH
Input Low, VIL
Parallel Output Clock6:
Output High, VOH
Output Low, VOL
Differential Voltage Swing, ∆VDIFF
S-E Voltage Swing, ∆VSINGLE
Symbol
Logic
PHERR
LVPECL
LLOOP
Min
Typ
Max
Unit
VCC – 1.2
VCC – 2.2
—
—
VCC – 0.65
VCC – 1.5
V
V
2.0
0
—
—
VCC + 1.0
0.8
V
V
2.0
0
—
—
VCC + 1.0
0.8
V
V
—
—
—
—
VCC – 0.6
VCC – 1.45
1900
950
V
V
mV
mV
LVTTL
DLOOP
LVTTL
PCLKP/N
Differential VCC – 1.15
LVPECL VCC – 1.95
800
400
1. 20% to 80%.
2. Internally biased and ac-coupled.
3. The transmitter is normally enabled and only requires an external voltage to disable.
4. The WDEA alarm becomes active when the optical wavelength deviates from the nominal center wavelength by more than 100 pm.
5. Set at 500 mV at nominal optical output power. Provides linear PO tracking (–3 dB = 250 mV, +3 dB = 1000 V).
6. Terminated into 200 Ω to GND and 100 Ω line-to-line.
Table 8. Receiver Electrical I/O Characteristics (Tc = 0 °C to 65 °C, Vcc = 3.3 V ± 5%)
Parameter
Parallel Output Clock:
Output High, VOH
Output Low, VOL
POCLk Duty Cycle
Output Data Signal Levels1:
Output High, VOH
Output Low, VOL
Symbol
Logic
POCLKP/N
Differential
LVPECL
—
—
RxQ[0:15]P/N Differential
LVPECL
RxQ[0:15] Rise/Fall Time2
—
—
Frame Pulse:
Output High, VOH
Output Low, VOL
FP
LVPECL
Loss-of-Signal Output:
Output High, VOH
Output Low, VOL
LOS
Out-of-Frame Input:
Input High, VIH
Input Low, VIL
OOF
Frame Enable Input
Input High, VIH
Input Low, VIL
FRAMEN
Min
Typ
Max
Unit
VCC – 1.3
VCC – 2.0
—
—
VCC – 0.7
VCC – 1.4
V
V
40
—
60
%
VCC – 1.3
VCC – 2.0
—
—
VCC – 0.7
VCC – 1.4
V
V
—
—
1.0
ns
VCC – 1.3
VCC – 2.0
—
—
VCC – 0.7
VCC – 1.4
V
V
2.4
0
—
—
VCC
0.4
V
V
2.0
0.0
—
—
TTL VCC + 1.0
0.8
V
V
2.0
0.0
—
—
TTL VCC + 1.0
0.8
V
V
LVTTL
LVTTL
LVTTL
1. Terminated into 330 Ω to ground.
2. 20% to 80%, 330 Ω to ground.
Agere Systems Inc.
17
Timing Characteristics
Transmitter Data Input Timing
The CA16 transponder utilizes a unique FIFO to
decouple the internal and external (PICLK) clocks. The
FIFO can be initialized, which allows the system
designer to have an infinite PCLK-to-PICLK delay
through this interfacing logic (ASIC or commercial chip
set). The configuration of the FIFO is dependent upon
the I/O pins, which comprise the synch timing loop.
This loop is formed from PHERR to PHINIT and PCLK
to PICLK.
The FIFO can be thought of as a memory stack that
can be initialized by PHINT or LOCKDET. The PHERR
signal is a pointer that goes high when a potential timing mismatch is detected between PICLK and the internally generated PCLK clock. When PHERR is fed back
to PHINIT, it initializes the FIFO so that it does not overflow or underflow.
The internally generated divide-by-16 clock is used to
clock-out data from the FIFO. PHINIT and LOCKDET
signals will center the FIFO after the third PICLK pulse.
This is done to ensure that PICLK is stable. This
scheme allows the user to have an infinite PCLK to
PICLK delay through the ASIC. Once the FIFO is centered, the PCLK and PICLK can have a maximum drift of
±5 ns.
18
Advance Data Sheet
March 2001
During normal operation, the incoming data is passed
from the PICLK input timing domain to the internally
generated divide-by-16 PCLK timing domain. Although
the frequency of PICLK and PCLK is the same, their
phase relationship is arbitrary. To prevent errors caused
by short setup or hold times between the two domains,
the timing generator circuitry monitors the phase relationship between PICLK and PCLK.
When an FIFO timing violation is detected, the phase
error (PHERR) signal pulses high. If the condition persists, PHERR will remain high. When PHERR is fed
back into the PHINIT input (by shorting them on the
printed-circuit board [PCB]), PHINIT will initialize the
FIFO if PHINIT is held high for at least two byte clocks.
The initialization of the FIFO prevents PCLK and PICLK
from concurrently trying to read and write over the
same FIFO bank.
During realignment, one-to-three bytes (16 bits wide)
will be lost. Alternatively, the customer logic can take in
the PHERR signal, process it, and send an output to
the PHINIT input in such a way that only idle bytes are
lost during the initialization of the FIFO. Once the FIFO
has been initialized, PHERR will go inactive.
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Timing Characteristics (continued)
Input Timing Mode 1
In the configuration shown in Figure 5, PHERR to
PHINIT has a zero delay (shorted on the PCB) and the
PCLK is used to clock 16-bit-wide data out of the customer ASIC. The FIFO in the multiplexer ia 16-bits wide
and six registers deep.
The PCLK and PICLK signals respectively control the
READ and WRITE counters for the FIFO. The data
bank from the FIFO has to be read by the internally
generated clock (PCLK) only once after it has been written by the PICLK input.
Since the delay in the customer ASIC is unknown, the
two clocks (PCLK and PICLK) might drift in respect to
each other and try to perform the read and writer operation on the same bank in the FIFO at the same time.
However, before such a clock mismatch can occur,
PHERR goes high and, if externally connected to
PHINIT, will initialize the FIFO provided PHINIT
remains high for at least two byte clocks. One to three
16-bit words of data will be lost during the initialization
of the FIFO.
OSCILLATOR
155.52 MHz ± 20 ppm
TXREFCLK
PCLK
DIVIDER
PLL
INTERNAL
PCLK
PICLK
CLOCK
TXD[0:15]
16
DATA
FIFO
TIMING
GENERATOR
PHERR
CENTERS
FIFO
D
PHINIT
Q
CUSTOMER LOGIC
LOCKDET
CA16 TRANSPONDER
1-1121(F).b
Figure 5. Block Diagram Timing Mode 1
Agere Systems Inc.
19
Transmitter Data Input Timing (continued)
Input Timing Mode 2
To avoid the loss of data, idle or dummy bytes should
be sent on the TXD[0:15] bus whenever PHERR goes
high. In the configuration shown in Figure 6, the
PHERR signal is used as an input to the customer
logic. Upon detecting a high on the PHERR signal, the
customer logic should return a high signal, one that
remains high for at least two byte-clock cycles, to the
PHINIT input of the CA16. Also, when PHERR goes
high, the customer logic should start sending idle or
Advance Data Sheet
March 2001
dummy bytes to the CA16 on the TXD[0:15] bus. This
should continue until PHERR goes low.
The FIFO is initialized two-to-eight byte clocks after
PHINIT goes high for two byte clocks. PHERR goes
low after the FIFO is initialized. Upon detecting a low
on PHERR, the customer logic can start sending real
data bytes on TXD[0:15]. The two timing loops (PCLK to
PICLK and PHERR to PHINIT) do not have to be of
equal length.
OSCILLATOR
155.52 MHz ± 20 ppm
TXREFCLK
PCLK
DIVIDER
PLL
INTERNAL
PCLK
PICLK
CLOCK
TXD[0:15]
16
DATA
FIFO
TIMING
GENERATOR
PHERR
CENTERS
FIFO
D
PHINIT
Q
CUSTOMER LOGIC
LOCKDET
CA16 TRANSPONDER
1121(F).b
Figure 6. Block Diagram Timing Mode 2
20
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Forward Clocking
In some applications, it is necessary to forward-clock
the data in a SONET/SDH system. In this application,
the reference clock from which the high-speed serial
clock is synthesized and the parallel data clock both
originate from the same source on the customer application circuit. The timing control logic in the CA16 transponder transmitter automatically generates an internal
load signal that has a fixed relationship to the reference
clock. The logic takes into account the variation of the
reference clock to the internal load signal over temperature and voltage. The connections required to implement this clocking method are shown in Figure 7. The
setup and hold times for PICLK to TxD[0:15] must be
met by the customer logic.
Possible problems: to meet the jitter generation specifications required by SONET/SDH, the jitter of the reference clock must be minimized. It could be difficult to
meet the SONET jitter generation specifications using
a reference clock generated from the customer logic.
OSCILLATOR
155.52 MHz ± 20 ppm
CLOCK
BUFFER
TXREFCLK
TXREFCLK
PCLK
DIVIDER
PLL
INTERNAL
PCLK
PICLK
CLOCK
DATA
TXD[0:15]
16
TIMING
GENERATOR
PHERR
FIFO
CENTERS
FIFO
PHINIT
CUSTOMER LOGIC
LOCKDET
CA16 TRANSPONDER
1-1122(F).a
Figure 7. Forward Clocking of the CA16 Transponder
Agere Systems Inc.
21
PCLK-to-PICLK Timing
After powerup or RESET, the LOCKDET signal will go
active, signifying that the PLL has locked to the clock
provided on the TXREFCLK input. The FIFO is initialized
Advance Data Sheet
March 2001
on the third PICLK after LOCKDET goes active. The
PCLK-to-PICLK delay (tD) can have any value before the
FIFO is initialized. The tD is fixed at the third PICLK
after LOCKDET goes active. Once the FIFO is initialized, PCLK and PICLK cannot drift more than 5.2 ns;
tCH cannot be more than 5.2 ns.
PCLK
tD
PICLK
1ST
2ND
tD
3RD
tCH
LOCKDET
ACTIVE
tCH
PCLK-TO-PICLK DELAY IS FIXED AND FIFO
IS INITALIZED AT THE THIRD RISING EDGE OF
PICLK AFTER LOCKDET GOES ACTIVE.
1-1123(F)
Figure 8. PCLK-to-PICLK Timing
22
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Case 2—PHERR signal is input to the customer logic
and the customer logic outputs a signal to PHINIT:
PHERR/PHINIT
Another possible configuration is where the PHERR
signal is input into the customer logic and the customer
logic sends an output to the PHINIT input. However,
the customer logic must ensure that, upon detecting a
high on PHERR, the PHINIT signal remains high for
more than two byte clocks. If PHINIT is high for less
than two byte clocks, the FIFO is not guaranteed to be
initialized. Also, the customer logic must ensure that
PHINIT goes low after the FIFO is initialized (PHERR
goes low).
Case 1— PHERR and PHINIT are shorted on the
printed-circuit board:
PHINIT would go high whenever there is a potential
timing mismatch between PCLK and PICLK. PHINIT
would remain high as long as the timing mismatch
between PCLK and PICLK. If PHINIT is high for more
than two byte clocks, the FIFO will be initialized.
PHINIT will initialize the FIFO two-to-eight byte clocks
after it is high for at least two byte clocks, PHERR (and
thus PHINIT) goes active once the FIFI is initialized.
2 BYTE
CLOCKS
PHERR
2—8 BYTE CLOCKS
MINIMUM PULSE
WIDTH REQUIRED
TO CENTER
THE FIFO
PHINIT
CUSTOMER ASIC SENDS A
MINIMUM PULSE WIDTH OF
2 BYTE CLOCKS UPON DETECTING
A HIGH ON PHERR
PCLK
PICLK
INTERNAL
PCLK
PHERR GOES HIGH ON
DETECTING A FIFO TIMING ERROR
FIFO IS INITIALIZED 2—8 BYTE CLOCKS
AFTER PHINIT IS HIGH FOR 2 BYTE CLOCKS
1125(F)
Figure 9. PHERR/PHINIT Timing
Agere Systems Inc.
23
Advance Data Sheet
March 2001
Transmitter Data Input Timing (continued)
Table 9. Transmitter ac Timing Characteristics
Symbol
tSTXD
tHTXD
—
—
tPPICLK
Description
TxD[0:15] Setup Time w. r. t. PICLK
TxD[0:15] Hold Time w. r. t. PICLK
PCLKP/N Duty Cycle
PICLKP/N Duty Cycle
PICLK-to-PICLK Drift After FIFO Centered
Min
Max
Unit
1.5
0.5
40
40
—
—
—
55
60
5
ns
ns
%
%
ns
.
tSTXD
tHTXD
PICLKP
TXD[0:15]
Figure 10. ac Input Timing
Table 10. Receiver ac Timing Characteristics
Symbol
—
—
tPPOUT
tSPOUT
tHPOUT
Description
POCLK Duty Cycle
RxD[15:0] Rise and Fall Time1
POCLK Low to RxD[15:0] Valid Propagation Delay
RxD[15:0] and FP Setup Time w. r. t. POCLK
RxD[15:0] and FP Hold Time w. r. t. POCLK
Min
Max
Unit
45
—
–1
2
2
55
1.0
1
—
—
%
ns
ns
ns
ns
1. 20% to 80%; 330 Ω to GND.
POCLKP
tPPOUT
tSPOUT
tHPOUT
FP
RXD[15:0]
Figure 11. Receiver Output Timing Diagram
24
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
going data bus (RxD[15:0]). Concurrently, the frame
pulse (FP) is set high for one POCLK cycle.
Receiver Framing
The frame and byte boundary detection block is activated by the rising edge of OOF and stays active until
the first FP pulse.
Note: Future versions of the cooled transponder
will not support the frame-detect function.
Figure 13 shows the frame and byte boundary detection activation by a rising edge of OOF and deactivation by the first FP pulse.
Figure 12 shows a typical reframe sequence in which a
byte realignment is made. The frame and byte boundary detection is enabled by the rising edge of OOF.
Both the frame and byte boundaries are recognized
upon receipt of the first A2 byte following three consecutive A1 bytes. The third A2 byte is the first data byte to
be reported with the correct byte alignment on the out-
Figure 14 shows the frame and byte boundary detection by the activation of a rising edge of OOF and deactivation by the FRAMEN input.
.
RECOVERED
CLOCK
OOF
SERIAL
DATA
A1
RXD[15:0]
A1
A1
A2
A1, A1
A1, A1
A2
A1, A1
A2
A2
A2, A2
INVALID DATA
A2, A2
A2
A2, A2
A2
A2, A2
VALID DATA
ROCLK
FP
1-1023(F)r.3
Figure 12. Frame and Byte Detection
BOUNDARY DETECTION ENABLED
OOF
FP
SEARCH
1-1024(F)
Figure 13. OOF Timing (FRAMEN = High)
Agere Systems Inc.
25
Advance Data Sheet
March 2001
BOUNDARY DETECTION ENABLED
OOF
FRAMEN
FP
SEARCH
1-1025(F)
Figure 14. FRAMEN Timing
Wavelength Selection
When the wavelength select (WS) pin is at a logic low or open circuited, the optical wavelength from the CA16
transmitter will be a nominal wavelength as determined by the device code purchased. If the WS pin is pulled high
(logic 1), the optical wavelength will change to the next lower ITU channel number (100 GHz spacing, λ will
increase approximately 0.8 nm).
During the wavelength change, the transmitter’s optical output will be disabled and the wavelength deviation error
alarm will be active until the wavelength has stabilized at its new value. The LSRALM will also be active (logic 1)
during the wavelength change process.
26
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Qualification and Reliability
To help ensure high product reliability and customer satisfaction, Lucent is committed to an intensive quality program that starts in the design phase and proceeds through the manufacturing process. Optoelectronics modules
are qualified to Lucent internal standards using MIL-STD-883 test methods and procedures and using sampling
techniques consistent with Telcordia Technologies * requirements. This qualification program fully meets the intent
of Telcordia Technologies reliability practices TR-NWT-000468 and TA-TSY-000983. In addition, the Lucent Technologies Microelectronics Group Optoelectronics design, development, and manufacturing facility has been certified to be in full compliance with the latest ISO † 9001 Quality System Standards.
* Telcordia Technologies is a trademark of Telcordia Technologies, Inc.
† ISO is a registered trademark of The International Organization for Standardization.
Laser Safety Information
Class I Laser Product
All versions of the CA16-type transponders are classified as Class I laser products per FDA/CDRH, 21 CFR 1040
Laser Safety requirements. The transponders have been registered/certified with the FDA under accession number
8720009. All versions are classified as Class I laser products per IEC ‡ 825-1:1993.
CAUTION: Use of controls, adjustments, and procedures other than those specified herein may result in
hazardous laser radiation exposure.
This product complies with 21 CFR 1040.10 and 1040.11.
8.8 µm single-mode pigtail with connector.
Wavelength = 1.5 µm.
Maximum power = 2.0 mW.
Product is not shipped with power supply.
Because of size constraints, laser safety labeling is not affixed to the module but is attached to the outside of the
shipping carton.
NOTICE
Unterminated optical connectors can emit laser radiation.
Do not view with optical instruments.
Electromagnetic Emissions and Immunity
The CA16 transponder will be tested against CENELEC EN50 081 part 1 and part 2, FCC 15, Class B limits for
emissions.
The CA16 transponder will be tested against CENELEC EN50 082 part 1 immunity requirements.
‡ IEC is a registered trademark of The International Electrotechnical Commission.
Agere Systems Inc.
27
Advance Data Sheet
March 2001
Outline Diagram
Dimensions are in inches and (millimeters) (for initial samples; production version will be slightly smaller).
4.00 (101.6)
1.02 (25.91)
0.76 (19.3)
0.25 (6.4)
1.65 (41.9)
3.50 (88.9)
0.87 (22.1)
0.55 (14.0)
0.29 (7.4)
0.17 (4.3)
0.015 (0.38)
0.83 (21.1)
0.20 (5.08)
0.45 (11.4)
0.30 (7.6)
(3x) M2.5 x 0.45 MOUNTING HOLES
2 mm MAXIMUM LENGTH INTO PACKAGE
1.84 (46.7)
1.70 (43.2)
0.83 (21.1)
1.80 (45.7)
1-1103(F)
28
Agere Systems Inc.
Advance Data Sheet
March 2001
Ordering Information
ORDER CODE: CA 16 –XX –X –XX
BASIC PART NUMBER
OPTIONS
AA = Unspecified
17—61 = ITU frequency (191.7 THz—196.1 THz)
STM LEVEL
16 = STM-16 (SONET OC-48)
APPLICATION
A2 = 1800 ps-nm (100 km)
B2 = 3000 ps-n (170 km)
CONNECTOR*
C = SC
F = FC
* Other connectors may be made available.
Table 11. Ordering Information
Code
Application
Connector
Comcode
CA16A2CAA
CA16A2FAA
CA16A2Cnn
CA16A2Fnn
CA16B2CAA
CA16B2FAA
CA16B2Cnn
CA16B2Fnn
Unspecified wavelength (1800 ps-nm)
Specified wavelength (1800 ps-nm)
SC
FC/PC
SC
FC/PC
SC
FC/PC
SC
FC/PC
108701475
108701483
—†
—†
108701491
108701509
—†
—†
† For specific order codes for these products, please contact your local Lucent account manager.
Related Product Information
Table 12. Related Product Information
Description
Using the Lucent Technologies Transponder Test Board Application Note
Agere Systems Inc.
Document Number
AP00-017OPTO
29
Advance Data Sheet
March 2001
For additional information, contact your Agere Systems Account Manager or the following:
INTERNET:
http://www.agere.com
E-MAIL:
[email protected]
N. AMERICA: Agere Systems Inc., 555 Union Boulevard, Room 30L-15P-BA, Allentown, PA 18109-3286
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March 2001
DS01-120OPTO (Replaces DS99-352LWP)
2002
Nuovo Esperimento
CRYDET
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Roberto Cristiano
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Roberto Cristiano
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di associazione
CNR
e-mail:
r,cristiano@cib,na,cnr,it
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Cryogenic detectors
INFN-Napoli
CNR-Istituto di Cibernetica, Pozzuoli, Napoli
TANDEM-Napoli
Ioni leggeri E<6MeV
Efficienza geometrica e quantistica di rivelatori avanzati STJ per raggi X (0.1-10keV) con
elevata risoluzione energetica (E/DE>1000); Risposta veloce di un discriminatore JTJ per
rivelatore duale (STJ + JTJ); Comportamento a bassa temperatura(77-4K) di detectors e
read-out di Si; Caratterizzazione del danno da radiazione in dispositivi semi e superconduttivi.
Sistemi criogenici da 77 a 0.1 K Elettronica di misura
Apparecchiature di deposizione di film sottili
Fotolitografia ad alta risoluzione
Napoli
CNR (senza assegnazione di risorse finanziarie)
4 anni
B) S C A L A
PERIODO
2002
2003
2004
Mod. EN. 1
GENERALI
DEI
TEMPI:
1) Progettazione ed acquisto di un criostato ADR per esperimenti a 0.1K, di un laser e dell'
elettronica per esperimenti di discriminazione veloce, di una stazione criogenica su fascio
TANDEM; 2) Fabbricazione di rivelatori STJ di grande area e di strip quasi-epitassiali con
lettura laterale; 3) Simulazione e progetta-zione della configurazione ottimale di rivelatore
duale; 4) Set-up di esperimenti a T<77K di Si-detectors.
1) Progettazione ed acquisto di un UHV heater per crescita epitassiale di film sottili e di
elettronica per esperimenti su Quatratran; 2) Set-up dell'ADR ed esperimenti preliminari sotto
radiazione a 0.1K; 3) Rivelatore Duale: set up di esperimenti a 0.3K 4) Caratterizazione of
performances di Si-detectors a bassa temperatura (<77K); 5) TANDEM: esperimenti di
danneggiamento di Si-detectors.
1) Fabbricazione e test estensivi di rivelatori avanzati STJ con assorbitore epitassiale a strip
sotto radia-zione; 2)Fabbricazione di strutture tipo quatratran: tests preliminari;3)Integrazione
di un rivelatore STJ con un discriminatore JTJ: tests preliminari; 4) Test di Si detectors e
circuiti di readout a bassa temperatura; 5)Qualificazione del danno da radiazione per
applicazioni satellitari di rivelatori STJ.
2002
Nuovo Esperimento
CRYDET
Resp. loc.:
Gruppo
5
Roberto Cristiano
Struttura
NAPOLI
2002
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
Viaggi e missioni
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
2,5
Interno
Interno, Conferenze di settore, collaborazioni partners italiani
2,5
6,0
Estero
Meetings , Collaborazioni straniere, Conferenze di settore
6,0
Liquidi criogenici (N, He) e cryospares
Componentistica da vuoto, materiali puri e substrati speciali per
fabbricazione e gas
di processo
Componentistica
elettronica
25,0
17,5
5,0
7,5
5,0
Costruzioni meccaniche per inserti criogenici e sistemi UHV
Materiale vario per fotolitografia e chimica
60,0
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Criostato ADR per T=100mK
Linea di misura con laser a diodi impulsato, generatore
Banco ottico e ottica di allineamento a criostato ed accessori
Elettronica acquisizione dati National
Criostato a flusso per acceleratore Tandem
140,0
20,0
10,0
10,0
30,0
210,0
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
Totale
278,5
Note:
Mod. EN. 2
2002
Struttura
Nuovo Esperimento
CRYDET
Resp. loc.:
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
Il primo anno del progetto è in gran parte dedicato a progettazione e realizzazione dei vari apparati strumentali
necessari allo svolgimento del progetto negli anni successivi
Le principali apparecchiature di cui si propone l'acquisto sono:
Refrigeratore a demagnetizzazione adiabatica (ADR) temperatura Base 60-100mK
120 kEuro
Si tratta di un criostato in grado di raggiungere temperature base tali da rendere possibile una significativa
caratterizzazione di STJ di alluminio, che lavorano a queste temperature. Temperature di lavoro più alte (300mK) non
renderebbero possibile misurare la risoluzione energetica ultima e quindi qualificare di rivelatori. La scelta dell'ADR
è inoltre motivata dal fatto che il ciclo di raffreddamento (che richiede varie ore di solito programmate negli
intervalli notturni di operazione) è automatizzabile.
Set-up sistema di misura a 300 mK con accesso ottico
Per la caratterizzazione dei dispositivi STJ e JTJ sviluppati è necessario disporre di un sistema di misura capace di
raggiungere le temperature di esercizio richieste (>=300mK) e capace di produrre gli stimoli opportuni per la
simulazione dell'impatto delle particelle. A questo scopo si utilizzerà un criostato Oxford-Heliox già disponibile che
verrà implementato con un sistema di stimolazione laser capace di mandare pacchetti di fotoni ottici sui rivelatori e di
simulare l'impatto di particelle di differente energia e nel contempo di avere un preciso riferimento temporale.
La spesa prevede l'acquisto di:
laser impulsato completo di generatore,
banco ottico attrezzato per caratterizzazione fascio laser, accoppiamento fibra ottica inserto criogenico
sistema di puntamento a freddo della fibbra.
Elettronica acquisizione dati della National.
Progettazione e realizzazione della stazione criogenica su fascio TANDEM
30 kEuro
stazione criogenica capace di raggiungere temperature da 2K a 300K da istallare su una linea del fascio
dell'acceleratore Tandem di Napoli per l'irraggiamento e la caratterizzazione di dispositivi criogenici di rivelazione e
non, semiconduttivi e superconduttivi.
Si propone l'acquisto di criostato a flusso prodotto dalla Cryoindustries-USA mod102 capace di raggiungere temperature
da 2 a 300K, e di lavorare con elio e con azoto liquido. L'adozione di un criostato a flusso evita la possibilità che i
liquidi criogenici possano venire a contatto con il fascio di particelle, con i noti problemi di stabilità.
Il sistema sara istallato permanentemente presso la sezione INFN e prevederà un rack di elettronica (slow control) con
controllo remoto per la regolazione e il monitoraggio della temperatura dei campioni, dell'alimentazione dei detector e
dei circuiti da testare.
Per quanto riguarda il consumo va specificato che il costo di un dewar da 100lt di elio liquido è attualmente di circa
1kEuro,probabilmente destinato ad aumentare. Al momento, l'acquisto può essere fatto esclusivamente alla Air Liquide,
che è l'unica ditta attrezzata con contenitori da trasporto a bocca larga, per l'inserimento diretto di ns inserti
criogenici, tipo Heliox.
Mediamente si prevede un consumo di circa 17-15 dewar in un anno, corrispondenti ad altrettanti run di misura.
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
CRYDET
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,5
6,0
60,0
210,0
278,5
2003
6,0
7,5
120,0
55,0
188,5
2004
6,0
7,5
100,0
113,5
2005
4,0
6,0
80,0
90,0
TOTALI
18,5
27,0
360,0
Note:
Mod. EN. 3
265,0
670,5
esperimenti.
7a.
2002
Nuovo Esperimento
CRYDET
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,5
6,0
60,0
210,0
278,5
2003
6,0
7,5
120,0
55,0
188,5
2004
6,0
7,5
100,0
113,5
2005
4,0
6,0
80,0
90,0
TOTALI
18,5
27,0
360,0
Note:
Mod. EN. 4
265,0
670,5
2002
Nuovo Esperimento
CRYDET
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
CRYDET
Rivelatori criogenici per applicazioni
Il progetto CRYDET si propone di studiare la fisica dei rivelatori avanzati di radiazione operanti a bassa temperatura per svilupparne
le applicazioni e di rendere la Sezione INFN di Napoli parte integrante di un polo di riferimento in questo settore. Infatti, i risultati
ottenuti dai proponenti negli esperimenti INFN STJ, Lazarus e SURADDA consentono di capitalizzare la tecnologia sviluppata, il know
how acquisito e le collaborazioni stabilite con i principali soggetti (acca demici e industriali) internazionali attivi in questo campo,
dando modo all'INFN di essere soggetto attivo e di rilievo in questa fase che si apre verso prospettive di interesse applicativo. Le
attività di ricerca proposte, pur continuando a rimanere di interesse nei campi propri di competenza dell'INFN, sono però finalizzate al
raggiungimento di obiettivi fondamentali per le applicazioni e perciò hanno notevoli potenzialità di ricadute in termini di brevetti e
spin-off.
Il progetto si articola in diverse attività di ricerca che hanno in comune l'utilizzo di metodiche e tecnologie delle basse temperature
rivolte ad implementare le prestazioni di rivelatori superconduttivi (giunzioni tunnel superconduttive) che tipicamente usano
bassissime temperature (T<0.3K) e rivelatori a semiconduttore le cui prestazioni risultano implemen tabili se raffreddati a
temperature moderate (77K). Il progetto affronta, inoltre, la tematica del danno da radiazione a bassa temperatura. Nell'ambito delle
attività del progetto, verrà progettata e realizzata presso il fascio TANDEM di Napoli una linea di irraggiamento con ioni leggeri a
bassa temperatura, allo scopo di qualificare dispositivi operanti a bassa temperatura in vista di applicazioni in missioni spaziali.
In breve gli obiettivi del progetto sono:
1)Sviluppo di rivelatori avanzati superconduttivi basati su giunzioni tunnel superconduttive (STJ) ad alta efficienza geometrica per
energie tra 1 e 10 keV; 2) Sviluppo di un rivelatori duale basato su un dispositivo STJ ad alta efficienza e una giunzione tunnel
Josephson (JTJ) come discriminatore temporale ultraveloce; 3) Studio del comportamento a bassa temperatura di rivelatori e
read-out a semiconduttore (Si); 4) Caratterizzazione del danno da radiazione di dispositivi operanti a bassa temperatura.
Rivelatori STJ sono stati sviluppati per un loro possibile uso in astrofisica (rivelatori di raggi X e fotoni nel visibile). E' ormai
dimostrato che rivelatori STJ possono rivelare singoli fotoni o particelle in un ampio intervallo di energie dal visibile ai raggi X
(1eV-10keV), con una risoluzione energetica DE/E~0.001 nella regione dei keV, raggiungendo velocità di conteggio di circa 104
eventi/sec. La maturità raggiunta da tali dispositivi apre oggi la possibilità concreta di un loro uso anche in applicazioni che
riguardano la biologia (proteinomica e post-genomica), la diagnostica in microelettronica (sub-micro e nano-tecnologie) e
l'archeometria. Infatti, le prestazioni raggiunte sono tali da poter già essere impiegati, per esempio, in strumentazione di tipo
diagnostico normalmente utilizzata per misure di routine in ambito civile, cioè in laboratori ed in industrie, come spettrometri EDS per
fluorescenza a raggi X e spettrometri di massa a tempo di volo. Rivelatori superconduttivi hanno risoluzione energetica DE<20-30eV
a 6keV, migliore degli attuali rivelatori a semiconduttore (la risoluzione energetica intrinseca di rivelatori a Si(Li) o HPGe è di circa
120eV a 6keV). Nella spettrometria di massa a tempo di volo l'efficienza dei rivelatori a ionizzazione decresce drammaticamente
all'aumentare della massa, non consentendo la rivelazione di macromolecole come proteine e frammenti di DNA con M>100kDa.
L'utilizzo di rivelatori superconduttivi permette di superare questo limite e di rivelare singole macromolecole, con l'ulteriore vantaggio
di ridurre significativamente la quantità di campione necessario. Prototipi pre-commerciali di spettrometri dotati di rivelatori
superconduttivi tipo TES sono già stati realizzati e stanno aprendo interessanti prospettive per il loro impatto in termini di ricaduta
socio-economica. I dispositivi TES hanno alcune limitazioni, quali il modesto rate di conteggio (100 eventi/sec) e la difficoltà
tecnologica di scalare ad aree grandi, che ne potrebbero condizionare le prospettive applicative. Per rendere l'uso dei rivelatori
criogenici il più ampio possibile e di interesse in ambito applicativo, occorre che essi siano competitivi rispetto all'efficienza di
raccolta, oltre che alla risoluzione energetica, e che abbiano possibilmente capacità di imaging. Pertanto, la possibilità di utilizzare
rivelatori STJ è al centro dell'attenzione della comunità scientifica ed industriale internazionale.
Il progetto CRYDET si propone di sviluppare rivelatori STJ in grado di superare gli attuali limiti della tecnologia TES. In particolare,
saranno realizzate nuove configurazioni sia per la rivelazione di raggi X per un loro impiego in spettrometria EDS a fluorescenza X ed
in astrofisica, che per la per la rivelazione di macromolecole. Nel primo caso l'obiettivo è la realizzazione di rivelatori di raggi X ad
elevata efficienza geometrica e risoluzione energetica. Nel secondo caso si propone una configurazione innovativa per implementare
la risoluzione di massa, che in spettrometri TOF è legata alla risoluzione temporale, realizzando una configurazione di rivelatore
duale, composto da un sensore
Mod. EN. 5
Pag. 1
2002
Nuovo Esperimento
CRYDET
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
STJ ad alta efficienza per macromolecole, accoppiato ad un discriminatore ultraveloce costituito da una giunzione tunnel Josephson.
Per entram be queste attività sono già in corso contatti rispettivamente con la tedesca Cryogenic Spectrometers GmbH e la svizzera
Genspec SA che hanno manifestato interesse a brevettare ed a collaborare. La prima attività in cui si articola il proget to consisterà
nello sviluppare rivelatori avanzati STJ con alta efficienza di raccolta per la rivelazione di raggi X tra 0.1-10 keV e risoluzione
energetica di qualche decina di eV a 6keV, mediante fabbricazione di array di STJ, oppure mediante strips di film epitassiali
superconduttori (Nb, Ta), di area sufficientemen te estesa (da 0.2 a 1mm di lunghezza) lette lateralmente soltanto da STJ di Al. Il film
epitassiale permette alle cariche di diffondere velocemente con minime perdite. Gli array saranno realizzati con singoli pixel STJ di
area fino a 0.2x 0.2mm2. Le configurazione proposte sono di interesse per lo sviluppo di spettrometri EDS e rispondono anche ai
requisi ti richiesti dalle prossime missioni spaziali per astrofisica a raggi X (Constellation-X della NASA e XEUS ell'ESA). L'atti vità
riguarderà sia lo sviluppo di Tecnolo gia di fabbricazione dei rivelatori, sia esperimenti a bassa temperatura (tra 0.3-0.1K). La
crescita epitassiale delle strip sarà realizzata grazie all'acquisizione di un fornetto per la deposizione in UHV a temperatura di 800°C.
Poiché le pre stazioni migliori in termini di rapporto segnale/rumore di STJ di Al si ottengono a temperature tra 60-100mK, sarà
acquistata e messa a punto una stazione per esperimenti sotto radiazione a 100mK basata su un refrigeratore ADR. L'elettronica di
lettura sarà basata essenzialmente su amplificatori a semicondut tore di tipo tradizionale. Nel corso del progetto si affronterà il
problema di effettuare uno studio di fattibilità ed esperi menti per un readout superconduttivo basato sul dispositivi tipo Quatratran,
sviluppato nel corso del precedente proget to STJ e che ha riscosso notevole inte resse nella comunità internazionale.La seconda
attività riguarderà lo sviluppo di un rivelatore duale che utilizza simul taneamente una giunzione tunnel superconduttiva come
rivelatore proporzionale per misurare l'energia ed una giunzio ne Josephson come discriminatore veloce. L'integrazione dei due
dispositivi in un unico rivelatore consentirà di ottene re informazioni su tempo di arrivo, energia ed eventualmente posizione della
particella incidente, con elevata efficien za fino a masse di macromolecole. Dopo un opportuno ed estensivo studio di simulazione e
progettazione per la deter minazione dei parametri ottimali per l'integrazione dei due componenti super conduttivi del rivelatore duale
(STJ e JTJ), si metterà a punto il set-up sperimentale per irraggiamento con fascio laser impulsato, simulando l'impatto di
macromolecole di equivalente energia. La durata e la frequenza degli impulsi saran no variati in modo da studiare la risposta veloce
del rivelatore ed i processi che la regolano (interazione con l'effetto Josephson). Saranno, infine, realiz zate configurazioni duali di
rivelatori in cui un evento sarà osservato simultaneamen te sulle due giunzione operanti rispettivamente nella modalità di tunnel di
elettroni e di tunnel Josephson. Verranno infine effettuati dei test dei rivela tori su spettrometri di massa MALDI-TOF in collaborazione
con la Genspec.Il progetto Lazarus dell'INFN ha dimostrato che i tradizionali rivelatori di Si utilizzati a 77K acquisiscono alta
resistenza al danno da radiazione, notevole diminu zione della tensione operativa, azzeramento della corrente di perdita. Le
competenze acquisite consentono, con un impegno limitato di tempo/uomo e di risorse economiche, di continuare lo studio del com
portamento di dispositivi per la rivelazione a bassa temperatura. Verranno studiate le proprietà a bassa temperatura di rivelatori a
diodo di Si, per quanto riguarda le caratteristiche di segnale e di livello di rumore ed il danno da radiazione in vista di applicazioni in
ambienti ad alto livello di radioattività, quali beam monitors per acceleratori. Verranno, inoltre, studiate tecniche per la
caratterizzazione a bassa temperatura di dispositivi complessi di Si, quali array di pixel com pleti di elettronica di lettu ra, attualmente
sviluppati in ambito INFN per applicazioni in medicina. Si porteranno avanti le attività avviate nell'am bito della Collaborazione CERN
RD39, tese allo sviluppo di rivelatori criogenici semicondut tivi per applicazioni in espe rimenti CERN.Infine, verrà realizzata una
facility crogenica per l'acceleratore TANDEM di Napoli in modo da permette re l'irraggiamento a bassa temperatura di dispositivi
superconduttivi sia per la rivelazione che per il processo di segnale (SQUID e Josephson digital devices) per valutarne la robustezza
al danno da radiazione in vista di possibili impieghi di tali dispositivi in ambito spaziale. Anche questa attività richiederà un modesto
impegno finanziario e di risorse umane dedicate.Le attività di CRYDET saranno inserite in un contesto di più ampio respiro attra
verso la partecipazione ad altre iniziative. E' già stata presentata una proposta di Network Europeo TMR (V program ma quadro), per
lo sviluppo di rivelatori criogenici per applicazioni. Attraverso la partecipazione alla Collaborazione CERN RD39 verrà monitorato lo
sviluppo di applicazioni di rivelatori criogenici per acceleratori. Congiuntamente con il CNR è in via di definizione la partecipazione ad
un Centro di Competenza per i Beni Culturali della Regione Campa nia in cui sarà sviluppata spettro metria EDS con sensori
superconduttivi. Rivelatori a strip saranno sviluppati in stretta collaborazione con la Yale Univer sity, che partecipa a progetti R&D
della NASA. Si sta infine stabilendo un consorzio con il CNR (Istituto di Cibernetica, IIGB), le Università di Napoli e di Cagliari (Dip. di
Chimica Organica e Biologica e di Biologia Sperimentale) per un progetto MURST per lo studio di problematiche di biologia
mediante spettrometria di massa basata su sensori superconduttivi. Le due ultime iniziative sono fortemente orientate all'utilizzo di
strumentazio ne avanzata e forniranno il necessario supporto per i test sul campo dei dispositivi sviluppati nell'ambito di CRYDET.
Mod. EN. 5
Pag. 2
INFN-CRYDET Allegato al modulo EN5
05/07/01
CRYDET
Rivelatori Criogenici per Applicazioni
Sezione di Napoli
Resp. Naz. R.Cristiano
Descrizione estesa del progetto
Indice
1. Introduzione
1.1 Rivelatori Criogenici
1.2 Rivelatori Superconduttivi
1.3 Spettrometri avanzati con rivelatori superconduttivi
1.3.1 Spettrometro di Massa per Macromolecole
1.3.2 Spettrometro EDS a fluorescenza a raggi X
1.4 Rivelatori a giunzioni tunnel superconduttiva (STJ)
2. Struttura ed obiettivi del progetto
Attività 1: Rivelatori STJ Avanzati
Attività 2: Rivelatore Duale
Attività 3: Crio-elettronica
Attività 4: Test facility Criogenica sul fascio TANDEM di Napoli
Piano di lavoro temporale
Milestones e Deliverables
3. Partecipanti e Struttura del gruppo proponente
4. Qualificazione del gruppo proponente
5. Collegamenti con altri progetti e principali collaborazioni
6. Tabella dei costi
05/07/01
1. Introduzione
Il progetto CRYDET si propone di sviluppare rivelatori criogenici avanzati per applicazioni. Il progetto si inserisce in una serie di
iniziative che hanno lo scopo di creare a Napoli un polo di riferimento per lo studio della fisica e lo sviluppo delle applicazioni di
rivelatori di radiazione operanti a bassa temperatura, che, sulla base dei risultati ottenuti dai proponenti nei progetti STJ, Lazarus e
SURADDA, capitalizzi la tecnologia sviluppata, il know how acquisito e le collaborazioni stabilite con i principali soggetti
(accademici e industriali) internazionali attivi in questo campo, per consentire all’INFN di essere soggetto attivo e di rilievo in questa
fase che si apre verso prospettive di interesse applicativo. Le attività di ricerca proposte, pur continuando a rimanere di interesse nei
campi propri di competenza dell’ INFN, sono però finalizzate al raggiungimento di obiettivi fondamentali per le applicazioni e
perciò hanno notevoli potenzialità di ricadute in termini di brevetti e spin-off.
1.1 Rivelatori Criogenici
Come suggerisce il nome, rivelatori criogenici richiedono basse temperature di lavoro, tipicamente al di sotto di 1K. Grazie però al
fatto di lavorare a bassissime temperature essi possono misurare processi con trasferimento di energia molto piccolo, fino a qualche
eV, con grande accuratezza. La maggior parte di rivelatori usati in fisica delle alte energie misurano la perdita di energia di una
particella in forma di ionizzazione o luce di scintillazione. Al contrario, i rivelatori criogenici sono capaci di misurare l’energia totale
depositata in forma di ionizzazione e calore. Questa caratteristica li rende molto efficienti nel rivelare piccolissime quantità di
energia depositata con alta risoluzione. La loro sensibilità è tale, infatti, da permettere, per esempio, la rivelazione di fotoni singoli
nel visibile, o di rivelare particelle debolmente interagenti, come WIMPs. Inizialmente l’interesse per i rivelatori criogenici è stato
motivato da ricerche per la materia oscura nell’universo e successivamente dall’astronomia a raggi X e nel visibile. Il loro campo di
applicazione spazia dalle energie dell' infrarosso fino a quelle dei raggi-γ. I progressi realizzati e lo sviluppo di quest'area di ricerca
sono documentati dalla serie di proceedings dei workshops on Low Temperature Detectors (LTD), che si tengono con cadenza
1
biennale dal 1987 .
L’utilizzo di basse temperature (77K) risulta vantaggioso anche per alcuni rivelatori tradizionali a stato solido. Infatti, nel caso di
rivelatori al silicio, il loro utilizzo a bassa temperatura porta notevoli vantaggi, quali una mobilità dei portatori più elevata ed una
corrente di perdita trascurabile, ed ha come conseguenza un notevole incremento della resistenza al danno da radiazione e
parallelamente la possibilità di operare con basse tensioni di alimentazione e di utilizzare materiali compatibili con integrazione su
larga scala a basso costo (silicio a bassa resistività).
Il progetto CRYDET si articola in diverse attività di ricerca che hanno in comune l'utilizzo di metodiche e tecnologie delle basse
temperature rivolte ad implementare le prestazioni di rivelatori superconduttivi (giunzioni tunnel superconduttive) che tipicamente
usano bassissime temperature (T<0.3K) e rivelatori a semiconduttore le cui prestazioni risultano implementabili se raffreddati a
temperature moderate (77K). Il progetto affronta, inoltre, la tematica del danno da radiazione a bassa temperatura (77-1K).
1.2 Rivelatori Superconduttivi
Tra i rivelatori criogenici, i rivelatori superconduttivi costituiscono un interessante e promettente classe di rivelatori criogenici. La
superconduttività offre varie possibilità di realizzare efficaci e competitivi rivelatori criogenici. Lo stato superconduttivo della
materia condensata è caratterizzato dalla presenza di coppie di Cooper, quasiparticelle e fononi. Le coppie di Cooper sono coppie di
elettroni che si formano, al di sotto della temperatura critica, mediante l'interazione con i fononi; le quasiparticelle sono le
eccitazioni, cioè gli elettroni provenienti dalla rottura di coppie di Cooper, i fononi sono le vibrazioni del reticolo cristallino. La
rottura di coppie di Cooper richiede un'energia minima ∆, che corrisponde al salto (gap) di energia tra il livello energetico delle
coppie ed il primo livello disponibile per le quasiparticelle. Una radiazione assorbita in un superconduttore produce, alla fine di una
complessa cascata energetica, rottura di coppie di Cooper e, conseguentemente, eccitazioni elettroniche, le quasiparticelle. Rivelatori
basati sui materiali superconduttori sono interessanti per almeno tre motivi principali:
•il valore dell'energia di gap è dell'ordine dei meV, cioè circa mille volte più piccola rispetto al gap energetico dei
semiconduttori (eV) e perciò anche piccole energie come quelle rilasciate da singoli fotoni nel visibile producono un numero
abbastanza grande di quasiparticelle;
•lo spettro fononico ha un'energia superiore rispetto al gap d'energia, cosicché, durante la cascata energetica, l'energia ceduta ai
fononi, dopo una ricombinazione di quasiparticelle in coppie di Cooper, non viene immediatamente persa, come avviene nei
semicondutori, ma contribuisce ancora a rompere coppie di Cooper, finché l'energia fononica è superiore a 2∆ .
2
•I dispositivi superconduttivi mostrano buona resistenza al danno da radiazione .
1
Il materiale più aggiornato si trova nei Proceedings dell'ultimo workshop della serie (LTD-8) ossia nel numero speciale di Nucl. Instrum. & Methods A 444 (2000).
Una eccellente review è per K. Pretzl, Nucl. Instrum. & Methods A 454 (2000) 114.
2
S. Pagano, et al. IEEE Trans. on Appl. Superc. 7 (1997) 2917; L. Frunzio, R. Cristiano, S. Pagano, Jpn. J. Appl. Phys. (1998)Suppl.37-2, p. 40
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Negli ultimi dieci anni, un gran numero di diversi tipi di rivelatori superconduttivi sono stati proposti. Alcuni di essi hanno raggiunto
un livello di maturità tecnologica tale da essere già utilizzati in
esperimenti di fisica di base e si sta affacciando la prospettiva
• Microelettronica
concreta di un loro utilizzo anche in applicazioni di interesse
• Industria metallurgica
Spettrometri EDS
• Industria automobilistica
commerciale, quali la realizzazione di strumentazione di tipo
per analisi composizionale
? Nano-Tecnologie
diagnostico (spettrometri) che è normalmente utilizzata per
• Archeometria
misure di routine in ambito civile, cioè in laboratori ed in
industrie. Infatti, i rivelatori superconduttivi sono candidati
• Biologia
ideali per sostituire i rivelatori tradizionali, laddove questi
Proteinomica
hanno ormai raggiunto prestazioni limite che non sono
Post-genomica
implementabili ulteriormente.
Spettrometri di Massa
• Diagnostica Medica
In uno studio commissionato dalla Comunità Europea
•
Chimica
dei
Polimeri:
per Macromolecole
Controllo di qualità
nell’ambito del 5° Programma Quadro, rivelatori e bolometri
• Analisi per scopi forensi
superconduttivi sono stati selezionati tra i dispositivi elettronici
• industrie agrobiologiche
superconduttivi più promettenti ed a loro è stata dedicata una
• Farmacologia:
Identificazione di droghe specifica Roadmap 3 . La Roadmap indica un numero
Controllo di qualità
selezionato di dispositivi superconduttivi ed alcuni tipi di
• Archeometria
applicazioni che meritano attenzione ed investimenti per il loro
potenziale di impatto socio-economico, competitività e
concrete possibilità di commercializzazione su breve scala
Spettrometri γ Ultra-Sensibili • Contaminazione Radioattive
temporale.
• Elementi traccianti
• Non proliferazione nucleare
1.3 Spettrometri avanzati con rivelatori superconduttivi
Gli spettrometri indicati in tabella sono tra quelli indicati dalla Roadmap, insieme con le aree di applicazione. Ciascun spettrometro è
un sistema completo, costituito da un rivelatore superconduttivo, dall'elettronica di lettura integrata, dal criostato per la generazione
delle basse temperature, dal cryopackaging ossia il complesso sistema di connessioni elettriche per il trasferimento di segnali dalla
temperatura ambiente alle basse temperature, e la strumentazione base corrispondente alla funzione strumentale da svolgere, che
normalmente è quasi identica a quella di uno spettrometro convenzionale. Quindi, l'introduzione in uno strumento tradizionale di
rivelatori superconduttivi aggiunge il criostato ed il cryopackaging. Due esempi, Spettrometri di Massa per macromolecole e
spettrometri EDS per fluorescenza sono descritti qui di seguito, perché in questa strumentazione il progetto identifica due possibili
aree di intervento.
1.3.1 Spettrometro di Massa per Macromolecole
La spettrometria a tempo di volo (TOF-MS) è una tecnica veloce, economica ed efficiente per la caratterizzazione di molecole ed è
comunemente impiegata in biochimica per misurare la massa di macromolecole biologiche come frammenti di DNA o di proteine, o
di polimeri. Le molecole sono preparate in forma ion ica con varie metodiche e sono poi accelerate in un potenziale di circa 30kV e
lanciate balisticamente in un tubo sotto vuoto di determinata lunghezza, che viene attraversato in un tempo di volo che è misurato dal
tempo di partenza e quello di arrivo su un rivelatore posto all'estremità finale del tubo. La misura del tempo di volo è in relazione
con il rapporto carica/massa che viene così determinato. Spettrometri di massa TOF usano normalmente rivelatori Micro Channel
Plate (MCP). Questi rivelatori, di semplice funzionamento, soffrono di una sensibile diminuzione in sensibilità via via che la massa
delle molecole aumenta al di sopra di M=10kDa (1Dalton=1Da=1amu). Ciò accade perché un MCP è basato sull'emissione
secondaria di elettroni, che diventa inefficiente quando la massa aumenta, ossia quando la velocità della molecola diminuisce.
4
I rivelatori superconduttivi sono sensibili all'energia, non alla velocità della molecola e perciò restano sensibili anche per masse
molto grandi (M=100kDa), con capacità di conteggio di singola molecola. Inoltre, un rivelatore superconduttivo ha il vantaggio che,
oltre al tempo di volo, misura anche l'energia della molecola, permettendo di ottenere indipendentemente la carica dello ione e
risolvere l'ambiguità carica/massa. La possibilità di avere una efficienza molto elevata consente di operare in modalità di singola
macromolecola e quindi di ridurre significativamente le quantità di materiale del campione da analizzare. Inoltre, si apre anche la
possibilità di usare potenziali di accelerazione più bassi (qualche kV).
L'interesse per uno strumento che permette l'analisi di molecole come quelle di lunghe catene proteiche o di DNA ha grandi
prospettive in tutta una serie di aree di applicazioni dalla moderna genetica alla proteinomica ed evitare metodiche che prevedono la
3
Roadmap on superconducting detectors and bolometers is a confidential document of the European Commission. Una versione pubblica sarà disponibile su
European Physical Journal B prossimamente.
4
G.C. Hilton et al., Nature 391 (1998) 672
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frammentazione delle macromolecole con il risultatnte vantaggio di avere accesso alle informazioni conformazionali.
1.3.2 Spettrometro EDS a fluorescenza a raggi X
L'integrazione di un rivelatore superconduttivo, anche di moderata risoluzione energetica ed elevata velocità di conteggio, con un
microscopio elettronico ad alta risoluzione spaziale con elettroni di eccitazione di bassa energia realizza un potente strumento
analitico in grado di identificare e quantificare in un campione la presenza di elementi leggeri o di dimensioni nanometriche. Due tipi
di spettrometri a raggi X sono correntemente utilizzati in microanalisi: spettrometri WD (wavelength dispersive) ed ED (energy
dispersive). In uno strumento WDS una lunghezza d'onda nello spettro dei raggi X viene selezionata per la misura, aggiustando
meccanicamente l'angolo incidente di un cristallo di diffrazione curvo per soddisfare la condizione di riflessione di Bragg. Il
risultante raggio X monocromatico è poi misurato da un rivelatore proporzionale veloce a gas. Usando una serie di cristalli e
multistrati sintetici con diversa spaziatura dei layers, è possibile acquisire uno spettro completo mediante una serie di scansioni
sull'intero intervallo di lunghezze d'onda di interesse (corrispondenti a energie tra 100eV e 12keV). Gli spettrometri WD hanno una
bassa efficienza di collezione quantistica e geometrica, ma una eccellente risoluzione energetica, tipicamente tra 2eV e 20eV
(FWHM). Sia l'efficienza che la risoluzione energetica dipendono fortemente dalla lunghezza d'onda e dal cristallo. A causa della
loro natura meccanica, dei requisiti geometrici critici e di una serie di operazioni sequenziali gli spettromentri WD possono essere
lenti, difficili da far funzionare e suscettibili di errori sistematici.
Con spettrometri ED è possibile la rivelazione simultanea e rapida dell'intero spettro di energie (100eV-20keV). Essi usano rivelatori
a semiconduttore di Si(Li) driftati o HPGe raffreddati in azoto liquido. Questi spettrometri hanno trovato un vasto impiego in
microanalisi grazie alla semplicità di funzionamento, economia di costi, stabilità su lunghi periodi e perché offrono sia una stima
qualitativa veloce della composizione chimica che un'accurata analisi quantitativa. Nonostante la risoluzione energetica sia
abbastanza scadente(130eV invece dei 20eV di uno spettrometro WD)., essi trovano un largo impiego.
La limitata risoluzione degli attuali EDS è un problema in situazioni dove si verifica una sovrapposizione di picchi come, per
esempio, nel caso di due materiali importanti dal punto di vista tecnologico come il WSi2 dove c'è overlap tra il picco Mα del W e
quello Kα del Si o nel caso del BaTiO3 dove
Spettrometro a fluorescenza a raggi X
l'overlap è tra il picco Lα del Ba e quello
per microanalisi dei materiali
Kα del Ti. Con gli attuali EDS è impossibile
WDS
EDS
identificare e risolvere le linee L di emissione
(Wavelenght Dispersive Spectrometry)
(Energy Dispersive Spectrometry)
di metalli di transizione che formano particelle
contaminanti
con
dimensioni
Fascio incidente
Si (Li)
di elettroni
submicrometriche. Il vantaggio dei rivelatori
Ge
o di raggi X
superconduttivi è che essi possono essere usati
cryogenic
esattamente come un sistema EDS, ma
detector
avendo risoluzione come quella di un sistema
WDS. Come un sistema EDS, uno
spettrometro
superconduttivo
rivela
Cristallo di Bragg
simultaneamente l'intero spettro dei raggi X
emessi, permettendo una rapida analisi di tutte
le specie presenti, fino agli elementi più
campione
leggeri.
Sicuramente un tale strumento avrà un
rilevante impatto nella moderna industria highAlta risoluzione energetica 2 -20 eV
Bassa risoluzione energetica 120-170eV
Modo lento
Modo veloce
tech come per esempio l'industria dei
componenti elettronici semiconduttivi, dove
una migliore capacità analitica giocherà un
Rivelatori superconduttivi combinano una moderata risoluzione energetica
ruolo fondamentale nel controllo di qualità di
(3-15eV) con un modo veloce
produzioni intensive. La capacità analitica
richiesta dai processi di fabbricazione della
Rivelazione di linee K di elementi a basso Z
Rivelazione di linee L da particelle submicrometriche
prossima generazione di dispositivi a
Esempi: identificazione di linee Mα del W e delle linee Kα di Si da WSi 2 ; Lα
semiconduttore,
come
indicato
nella
del Ba e K α del Ti in BaTiO3 ; C in acciaio
5
Semiconductor Industry Roadmap in USA,
richiede l'integrazione di linee circuitali
submicrometriche e perciò l'identificazione di
microparticelle contaminanti, che devono essere identificate con eccitazioni localizzate e deboli, che evitino l'emissione del materiale
5
SEMATECH (1995) Particle composition analysis metrology roadmap -A supplement to the national technology roadmap for semiconductors. Semiconductor
Industry association, San Josè.
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circostante. Nella roadmap si identifica nei rivelatori superconduttivi un potenziale strumento per raggiungere la capacità analitica
desiderata. Analoghe richieste vengono dall'industria metallurgica ed automobilistica dove esiste la necessità di rivelare piccole
tracce di carbonio nell'acciaio o in composti ceramici, o in archeometria dove la quantità di materiale da analizzare può essere molto
limitata e la non-invasività un requisito i mportante.
Alcuni Spettrometri EDS sono già ad un livello di pre-commercializzazione. Nei prototipi realizzati sono stati impiegati
microcalorimetri superconduttivi TES (Transition Edge Sensors). Anche dimostratori di MS-TOF equipaggiati con TES sono stati
capaci di rivelare efficientemente macromolecole di immunoglobulina (M=130 kDa a 3keV).
A sinistra foto di un microscopio SEM con stage criogenico equipaggiato con rivelatore superconduttivo TES
(microcalorimetro EDS) per microanalisi a fluorescenza X. Prototipo realizzato dal NIST-Boulder in USA. A destra è
6
riportato un spettro ottenuto con rivelatore SiLi confrontato con uno preso con rivelatore superconduttivo
I dispositivi TES hanno alcune limitazioni, quali il modesto rate di conteggio (100 eventi/sec) e la difficoltà tecnologica di scalare ad
aree grandi, che ne potrebbero condizionare le prospettive applicative. Per rendere l'uso dei rivelatori criogenici il più ampio
possibile e di interesse in ambito applicativo, occorre che essi siano competitivi rispetto all'efficienza di raccolta, oltre che alla
risoluzione energetica, e che abbiano possibilmente capacità di imaging. Pertanto, la possibilità di utilizzare rivelatori STJ è al centro
dell’attenzione della comunità scientifica ed industriale internazionale.
La richiesta di scalare a grandi aree è comune anche all’uso di tali rivelatori in astrofisica. Per esempio, la prossima generazione
(2008-2015) di missioni di astrofisica a raggi X della NASA e dell’ESA (rispettivamente Constellation-X e XEUS) richiedono
rivelatori con 2eV a 1keV e 5eV a 7keV, una efficienza > 90%, e capacità di imaging spaziale maggiore di 32x32 pixels con un
rapporto pixel-size/spatial-resolution di 250 micron/1 arcsec. Dispositivi rivelatori basati sulla tecnologia di giunzioni tunnel
consentono di superare questi ostacoli e perciò, tra i rivelatori superconduttivi, sono indicati tra quelli su cui concentrare gli sforzi.
1.4 Rivelatori a giunzioni tunnel superconduttiva (STJ)
7
E' risaputo che una giunzione tunnel superconduttiva (STJ) costituisce un sistema efficiente per contare le quasiparticelle che
attraversano la barriera per effetto tunnel. Le quasiparticelle possono essere prodotte dall'assorbimento di raggi X o di fotoni nel
visibile, dalla perdita di energia di una particella carica che transita attraverso un assorbitore superconduttivo o dai fononi di nonequilibrio generati dall'interazione con particelle neutre. Le giunzioni tunnel superconduttive sono dispositivi quantistici basati
sull'effetto tunnel e sono costituite da due film sottili superconduttori di qualche centinaio di nanometri di spessore, separati da una
barriera dielettrica. La barriera è dell'ordine di qualche nanometro, per cui le eccitazioni elettroniche, le quasiparticelle, possono
attraversarla per effetto tunnel e dar luogo ad una corrente elettrica.
Nella configurazione più semplice, un rivelatore STJ può essere costituito da una sola giunzione. La radiazione interagisce
direttamente con uno o entrambi gli elettrodi e, dopo una complessa cascata energetica, produce quasiparticelle, il cui numero è
proporzionale all'energia rilasciata. Poiché in un superconduttore l'energia minima di attivazione delle eccitazioni (∆, la gap di
energia) è dell'ordine dei meV, si possono guadagnare ordini di grandezza nel numero di eccitazioni create, rispetto a quanto si
6
7
D.Wollman et al. J. Microscopy 188 (1997) 196
Una giunzione tunnel superconduttiva è indicata in letteratura con l'acronimo STJ, che sta per Superconducting Tunnel Junction, oppure con l'acronimo SIS, che sta
per Superconduttore-Isolante-Superconduttore.
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ottiene in un semiconduttore. Nel cosiddetto regime di Giaever la giunzione, come rivelatore, sfrutta il tratto della caratteristica
corrente-tensione legato al tunnel di quasiparticelle termiche attraversano la barriera. Quando una giunzione è polarizzata ad una
tensione opportuna (V<2∆/e), la corrente di tunnel è proporzionale al numero in eccesso di quasiparticelle prodotte dalla radiazione.
Le eccitazioni elettroniche prodotte dalla radiazione sono, quindi, contate misurando la variazione di corrente elettrica di tunnel,
prima che il sistema ritorni all'equilibrio.
Su una singola giunzione la migliore risoluzione energetica per raggi X, 12eV FWHM a 6keV, è stata ottenuta con una STJ di
8
Al/AlOx/Al di area 0.1x0.1mm2 . La tecnologia di fabbricazione utilizzata, deposizione attraverso shadow mask, non è però
praticabile per la realizzazione di rivelatori di grande area. Risoluzioni tra 30 e 70 eV sono state ottenute su STJ fabbricate con
processo litografico, ossia scalabile a grandi aree. Tale risoluzione potrebbe già essere sufficiente per le applicazioni, ma deve essere
migliorata nel caso di esperimenti di astrofisica. La sfida tecnologica è quella di conservare queste performance anche su STJ di area
maggiore (0.25x0.25 mm2 ) o in configurazioni che prevedono più giunzioni, come array di singole STJ o di strip superconduttive
lette lateralmente da STJ. Allo stato attuale, la fattibilità di fabbricare array di STJ è già stata dimostrata e dati preliminari sulle
9
10
prestazioni come rivelatori di fotoni ottici e raggi X di bassa energia mostrano risultati incoraggianti. La configurazione a strip con
11
STJ laterali è stata realizzata dal gruppo della Yale University con strip di Ta lette lateralmente da due STJ di Al .
Un diverso approccio alle problematiche tecnologiche relative alla realizzazione di array è stato recentemente introdotto dai
proponenti dell'esperimento CRYDET. Esso consiste nell'uso di STJ con geometria ad anello 12 . Esperimenti preliminari di
irraggiamento con raggi X sono stati realizzati in collaborazione con l'Università di Yale e con la HYPRES con risultati più che
incoraggianti13 .
0.2 mm
50µm
Foto di un array 10x10 di STJ, con particolare di un singolo pixel STJ
Campione realizzato nell'ambito del progetto INFN STJ-detectors
8
9
G. Angeloher et al. Nucl. Instrum. & Methods A 444 (2000) 214 e J. Appl. Phys. 89 (2001) 1425.
N. Rando et al. Proc. SPIE vol.4008 (2000) in stampa
10
11
12
13
G. Brammertz, et al. IEEE Trans. On Appl. Superc. 11 (2001) xxx
L.Li et al. IEEE Trans. On Appl. Superc. 11 (2001) 685
R. Cristiano et al., Appl. Phys.Lett. 74 (1999) 3389
L. Frunzio et al., Appl. Phys.Lett. (2001) submitted
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2. Struttura ed obiettivi del progetto
Il progetto si articola in diverse attività di ricerca che hanno in comune l'utilizzo di metodiche e tecnologie delle basse temperature
rivolte ad implementare le prestazioni di rivelatori superconduttivi (giunzioni tunnel superconduttive) che tipicamente usano
bassissime temperature (T<0.3K) e rivelatori a semiconduttore le cui prestazioni risultano implementabili se raffreddati a
temperature moderate (77K). Il progetto affronta, inoltre, la tematica del danno da radiazione a bassa temperatura. Nell’ambito
delle attività del progetto, verrà progettata e realizzata presso il fascio TANDEM di Napoli una linea di irraggiamento con ioni
leggeri a bassa temperatura, allo scopo di qualificare dispositivi operanti a bassa temperatura in vista di applicazioni in missioni
spaziali.
In breve gli obiettivi del progetto sono:
− Sviluppo di rivelatori avanzati superconduttivi basati su giunzioni tunnel superconduttive (STJ) ad alta efficienza geometrica
per energie tra 1 e 10 keV;
− Sviluppo di un rivelatori duale basato su un dispositivo STJ ad alta efficienza e una giunzione tunnel Josephson (JTJ) come
discriminatore temporale ultraveloce;
− Studio del comportamento a bassa temperatura di rivelatori a semiconduttore (Si);
− Caratterizzazione del danno da radiazione di dispositivi operanti a bassa temperatura.
Lo schema del progetto è dunque il seguente:
Attività 1
Rivelatori STJ Avanzati
Studio dell’efficienza
geometrica e quantistica
Risoluzione energetica
Attività 2
Rivelatore Duale
STJ + JTJ
Con separazione
dell’informazione sul
tempo e sull’energia
Attività 3
Crio-elettronica
Caratterizzazione a bassa
temperatura di rivelatori a
semiconduttore semplici e
complessi
Attività 4
Danno da radiazione
Caratterizzazione a bassa
temperatura del danno da
radiazione
Beam line criogenica su
fascio TANDEM di Napoli
Il progetto è dunque articolato in quattro attività di ricerca che, nel loro insieme, costituiscono il progetto CRYDET e contribuiscono
al raggiungimento degli obiettivi generali. Per ciascuna attività si fornirà una specifica descrizione in termini di attività di lavoro,
milestones e prodotti. Ogni attività è a sua volta suddivisa in un certo numero di azioni organizzate temporalmente in modo da
soddisfare i requisiti temporali e finanziari relativi.
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Attività 1: Rivelatori STJ Avanzati
Realizzazione e caratterizzazione di rivelatori superconduttivi STJ ad alta efficienza quantistica e geometrica
Per rivelatori STJ avanzati si intende configurazioni di rivelazione opportunamente ingegnerizzate per aumentare una prestazione
specifica, idonea per una determinata applicazione.
Nel caso specifico del progetto CRYDET, l’obiettivo è quello di realizzare rivelatori per raggi X con migliore copertura di area per
soddisfare le richieste in ambito applicativo come per esempio nel caso della spettrometria EDS o in astrofisica. Si tratta quindi di
andare dall’attuale configurazione di singola STJ, che è in grado di coprire piccole aree tra 0.05x0.05 e 0.1x0.1mm2 , a configurazioni
avanzate per assicurare una maggiore copertura spaziale. La strategia che si adotterà sarà duplice. Da un lato si verificherà la
fattibilità di realizzare singoli pixel di maggiore area (0.2x0.2mm2) e poi si verificherà la possibilità di realizzare array di tali
strutture (da 3x3, in su). Dall’altro si esplorerà la possibilità di fabbricare singole strip epitassiali di superconduttore (Nb, Ta) lette
lateralmente da STJ di Al. Le strip avranno dimensioni tra 0.1x0.2mm2 fino a 0.1x1.0 mm2, ma saranno lette da giunzioni di area
piccola (<0.05x0.05 mm2 ). Si realizzeranno anche array di strutture a strip per ricoprire aree ancora maggiori, con il vantaggio , a
parità di area coperta, di ridurre il numero di canali di lettura rispetto ad array di singole STJ.
Nel primo caso la difficoltà starà nel controllare la qualità del processo di fabbricazione (area tunnel uniforme e senza leackages) su
aree molto grandi, mentre nel secondo caso di realizzare film epitassiali con buone proprietà di trasporto e buona interfaccia tra strip
e STJ.
Utilizzando i risultati raggiunti e l'esperienza acquisita nel corso dell'esperimento STJ dell’INFN, verranno progettati e realizzati
rivelatori superconduttivi di tipo proporzionale con elevata risoluzione energetica. In particolare verrà studiato il ruolo di assorbitori
superconduttivi, di tipo policristallino ed epitassiale. Per spingere al massimo la risoluzione energetica ottenibile verrà ulteriormente
migliorata la tecnica di fabbricazione e fotolitografia dei detector STJ attualmente prodotti, spostandosi nella direzione di strutture
completamente in alluminio, che seppur necessitando di una più bassa temperatura di lavoro (< 300 mK) permettono di ottenere i
migliori risultati in termini di risoluzione energetica. Verrà inoltre studiata la possibilità di implementare un circuito di
amplificazione superconduttivo "in situ" basato sull'effetto di amplificazione delle quasiparticelle iniettate in apposite strutture
multistrato superconduttive (dispositivi Quatratran-like).
Azioni:
1.Set up linea di misura rivelatori superconduttivi a 100mK
L'utilizzo avanzato dei rivelatori STJ ad altissima risoluzione energetica richiede l'uso di rivelatori basati su materiali
(alluminio) che hanno una temperatura ottimale di esercizio molto bassa (<300 mK). Ciò rende necessario
l'implementazione di un sistema criogenico più avanzato rispetto a quello attualmente disponibile (Heliox Oxford,
Tmin=300 mK) basato su uno stage di smagnetizzazione adiabatica e capace di raggiungere temperature inferiori a 100 mK.
Tale sistema, che richiede il più consistente sforzo di investimento del progetto, verrà acquisito e organizzato in una linea di
misura per la caratterizzazione dei rivelatori prodotti. I rivelatori così caratterizzati avranno un potenziale utilizzo in sistemi
commerciali di spettroscopia X di tipo EDS, implementandone ulteriormente le caratteristiche, già di per se molto avanzate.
2.Tecnologie di fabbricazione
Questa azione, che si articola in fasi successive che sono qui di seguito descritte, sarà effettuata presso l’Istituto di
Cibernetica del CNR, dove è disponibile un laboratorio attrezzato per le tecnologie di fabbricazione di dispositivi
superconduttivi (clean room, sistemi UHV di deposizione di film sottili, laboratorio di fotolitografia). Alcune di queste
apparecchiature sono dedicate allo sviluppo di rivelatori STJ.
2a. Rivelatore a Singolo Pixel STJ
Si tratta di studiare il ruolo del substrato sia rispetto alle proprietà intrinseche di crescita di STJ su diversi substrati (
zaffiri, cristallini, mica) o con medesimo substrato, ma disaccoppiato mediante underlayers di SiO, sia rispetto al suo
ruolo come assorbitore diretto della radiazione. Si completerà lo studio avviato nel corso del progetto STJ, volto ad
ottenere la migliore risoluzione energetica con la maggiore area di giunzione. Fattibilità di array di STJ.
2b. Fabbricazione di strutture a strip quasi-epitassiali
Sviluppo del processo di fabbricazione di strutture a strip con lettura laterale STJ. Design e scelta dei parametri di
fabbricazione ottimali. Realizzazione dei master fotolitografici. Fabbricazione e test in assenza di radiazione di strutture
con strip policristalline e quasi-epitassiali.
2c. Upgrade sistema di fabbricazione per la produzione di assorbitori epitassiali
Si tratta della modifica dell'attuale sistema principale UHV utilizzato per la deposizione della struttura STJ, per poter
aggiungere la possibilità di riscaldare i substrati a temperature fino a circa 800°C. Ciò allo scopo di ottenere film con
caratteristiche di elevata epitassialità, e di conseguenza adatti alla realizzazione di assorbitori (strip) di grande area per
STJ.
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2d. Fabbricazione di rivelatori STJ avanzati
Questa azione prevede la progettazione, realizzazione e caratterizzazione di rivelatori superconduttivi di tipo STJ.
Verranno messi a punto i processi di deposizione di film sottile per ottenere film di tipo epitassiale, e verranno
ottimizzate le tecniche di fotolitografia ad alta risoluzione per la definizione della forma geometrica dei rivelatori e delle
varie configurazioni ad elevata efficienza geometrica.
2e. Realizzazione di materiali speciali come assorbitori
Si tratta della realizzazione di materiali speciali, innovativi (leghe di Titanio) ed alternativi a Nb e Ta, di particolare
interesse per la realizzazione di assorbitori per rivelatori superconduttivi STJ. Questa azione si integra con le precedenti
nella realizzazione di rivelatori STJ ad elevate prestazioni per applicazioni avanzate di rivelazione di fotoni e si inserisce
in un attività di esplorazione di nuove frontiere in materiali innovativi. La ricerca verrà condotta preso i laboratori del
Dip. Di Fisica dell’Università Federico II di Napoli dove esistono le attrezzature di deposizione dedicate a tali materiali
speciali.
3. Elettronica di readout superconduttivo
L’elettronica di lettura di rivelatori STJ sarà basata essenzialmente su amplificatori a semiconduttore di tipo tradizionale.
Nel corso del progetto si affronterà il problema di effettuare uno studio di fattibilità ed esperimenti per un readout
superconduttivo basato su dispositivi tipo Quatratran, proposto nel corso del precedente progetto STJ e che ha riscosso
notevole interesse nella comunità internazionale. L'ottimizzazione della resa di un rivelatori STJ implica un attento
trattamento del segnale generato (dell'ordine di poche decine di migliaia di elettroni). L'impedenza caratteristica degli STJ è
infatti sostanzialmente troppo bassa per un ottimale impiego di un amplificatore tradizionale basato su FET. La recente
dimostrazione dell'effetto di amplificazione di quasiparticelle, ottenuta dal gruppo proponente di questo esperimento,
permette di ipotizzare l'utilizzo di dispositivi similari a quello inventato (Quatratran) come primo stadio di front end
criogenico per rivelatori STJ. Verrà quindi effettuato uno studio teorico e sperimentale per l'integrazione di un rivelatore
STJ con un amplificatori di quasiparticelle superconduttivi.
Attività 2: Rivelatore Duale
Realizzazione e caratterizzazione di rivelatori
dell'informazione sul tempo e sull'energia.
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superconduttivi
compositi
STJ -JTJ
con
separazione
I rivelatori di tipo STJ sono in grado di fornire una notevole risoluzione energetica (circa 10 eV per fotoni da 6 keV) ed è possibile
configurarli per ottenere sia una buona efficienza geometrica sia una buona risoluzione del punto d'impatto del fotone. Tuttavia il
trattamento consueto dei segnali generati da STJ utilizzando amplificatori di carica fa perdere l'informazione sulla risoluzione
temporale, fornendo valori dell'ordine di 100 ns. Anche l'utilizzo di amplificatori di corrente veloci, pur aumentando la risoluzione
temporale ottenibile, risulta comunque limitato a circa 20 ns dalla necessità di coniugare sensibilità a larghezza di banda.
L'informazione precisa sul tempo di impatto sarebbe estremamente utile in alcune importanti possibili applicazioni di STJ, come la
spettroscopia di massa a tempo di volo (MALDI-TOF MS), o la determinazione del punto d'impatto di una particella debolmente
interagente (neutrone o wimp) in un cristallo assorbitore massivo attraverso triangolazione del segnale fononico generato e rivelato
da STJ poste sulle facce dello stesso. Una soluzione al problema della risoluzione temporale potrebbe essere fornita da un sistema di
rivelatore composito STJ+JTJ che utilizza il tempo di risposta estremamente veloce di una JTJ (circa 1 ps) e la intrinseca
compatibilità dei due tipi di giunzione superconduttiva. Tale struttura, che sta per essere sottoposta a brevetto da parte di componenti
del gruppo proponente, permetterebbe di ottenere una elevata risoluzione temporale (di circa 1 ns) e quindi di ottenere informazioni
importanti sui processi di non equilibrio che accadono in una STJ dal momento di impatto con una particella, oltre che aprire la
strada ad applicazioni tipo la spettrometria di massa dove la risoluzione temporale determina la risoluzione di massa raggiungibile.
L’utilizzo di un rivelatore duale al posto di un attuale TES renderebbe lo strumento competitivo anche rispetto alla risoluzione di
massa, permettendogli di vincere definitivamente la competizione con strumentazione tradizionale.
Azioni:
1. Progettazione e simulazioni del rivelatore compositi STJ -JTJ
Questa azione prevede la progettazione del circuito ottimale comprendente il sistema STJ e JTJ e la sua caratterizzazione
attraverso opportuni software di simulazione (PSCAN,JSIM, etc)
2. Design e realizzazioni di strutture JTJ adeguate per il rivelatore composito
Allo scopo di integrare al meglio la struttura JTJ con il detector STJ vanno progettate, realizzate e caratterizzate svariati tipi
di giunzioni JTJ. In particolare vanno confrontate le prestazioni ottenibili utilizzando vari materiali (niobio, alluminio,
tantalio), vari parametri costruttivi (dimensione e densità di corrente Josephson) e temperature di esercizio. Questa attività
di fabbricazione sarà complementare a quella svolta nell’Attività 1, sfruttandone ampiamente il know-how e le attrezzature.
3. Design e realizzazione del rivelatore composito
Utilizzando l'esperienza acquisita nell'ambito delle azioni precedenti, verranno progettate e realizzate alcune configurazioni
di rivelatore composito STJ+JTJ integrando ove possibile la tecnologia di fabbricazione sullo stesso chip.
4. Set-up sistema di misura a 300 mK con accesso ottico
Per la caratterizzazione dei dispositivi STJ e JTJ sviluppati è necessario disporre di un sistema di misura capace di
raggiungere le temperature di esercizio richieste (>=300mK) e capace di produrre gli stimoli opportuni per la simulazione
dell'impatto delle particelle. A questo scopo si utilizzerà un criostato Oxford-Heliox già disponibile che verrà implementato
con un sistema di stimolazione laser capace di mandare pacchetti di fotoni ottici sui rivelatori e di simulare l'impatto di
particelle di differente energia e nel contempo di avere un preciso riferimento temporale.
5. Test rivelatore composito
In questa azione verranno effettuati i test definitivi sulle caratteristiche dei rivelatori compositi realizzati. Verranno
caratterizzate le proprietà statiche delle giunzioni componenti il dispositivo e le caratteristiche complessive dello stesso. In
particolare verrà caratterizzata la risoluzione energetica, l'efficienza e il tempo di risposta del dispositivo.
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Attività 3: Crio-elettronica
Realizzazione di una test facility crogenica per lo studio e l'ottimizzazione delle prestazioni di sistemi di rive lazione
semiconduttivi complessi (rivelatore + readout) a bassa temperatura
I rivelatori di particelle semiconduttivi trovano una larghissima applicazione nella fisica delle alte energie, dove spesso
rappresentano il cuore dei grossi rivelatori utilizzati, e in molti altri campi d'indagine: dall'analisi di materiali con la spettroscopia
EDS, alla medicina con la radiografia digitale. A causa di questa larga diffusione la fisica dei rivelatori semiconduttivi è stata
studiata a fondo. Tuttavia, non è stata prestata molta attenzione a possibili applicazioni di questi rivelatori a temperature criogeniche,
principalmente a causa delle complicazioni tecnologiche associate all'utilizzo di basse temperature. Ciò nonostante vi sono noti
vantaggi ottenibili lavorando a bassa temperatura, quali: un aumento della mobilità sia degli elettroni che delle lacune ed una drastica
diminuzione della corrente di perdita. Inoltre, più recentemente, è stato dimostrato che l'uso di basse temperatura è estremamente
efficace nel rendere inerti i difetti generati nei rivelatori dal passaggio di particelle ionizzanti, fino al punto di far "rinascere"
rivelatori resi inutilizzabili da una forte dose di radiazione (effetto Lazarus). Queste considerazioni, unite alla progressiva
semp lificazione delle tecnologie criogeniche, hanno generato recentemente un interesse nelle applicazioni criogeniche dei rivelatori
semiconduttivi. Attraverso l'esperimento Lazarus dell'INFN e la Collaborazione RD39 del CERN, a cui l'esperimento Lazarus
afferisce, sono state, negli ultimi tre anni, studiati aspetti di base e possibili applicazioni di questi rivelatori.
L'esperienza dell'esperimento Lazarus ha permesso di evidenziare il notevole potenziale applicativo di rivelatori semiconduttivi a
temperature criogeniche. Infatti, non solo è stato dimostrato un notevole incremento della resistenza al danno da radiazione, ma la
bassa temperatura di esercizio comporta notevoli vantaggi in termini di velocità di risposta, bassa tensione di lavoro e,
principalmente, un notevolissimo abbassamento della corrente di perdita, che permette l'utilizzo di rivelatori realizzati con materiali
non particolarmente puri (silicio standard a bassa resistività). Inoltre, sempre dall'esperimento Lazarus e dalla collaborazione CERN
- RD39, sono stati sviluppate tecniche criogeniche particolarmente semplici e non invasive, nel senso di massa aggiuntiva associata
al detector, che permettono di ipotizzare semplici sistemi per l'utilizzo pratico di sensori semiconduttivi a temperature criogeniche
(80-100K).
Il progetto CRYDET si propone di continuare l’attività in questo settore grazie all’esperienza acquisita ed alle competenze esistenti
nel gruppo dei proponenti. L’attività di ricerca proposta richiede un modesto impegno finanziario a fronte di un considerevole ritorno
in termini di risultati, ed è sicuramente alla portata dell’impegno da dedicare in termini di mesi/uomo, poiché molte delle attività di
laboratorio sfrutteranno in modo sinergico il lavoro svolto nelle altre attività del progetto.
Azioni:
1. Set-up di un sistema di misura a temperatura variabile (2K-300K) per caratterizzazione di circuiti semiconduttivi
Messa in opera di un sistema di caratterizzazione di dispositivi semiconduttivi, utilizzando un criostato a temperatura
variabile acquisito da precedenti esperimenti, e specializzandolo per test di rivelatori e relativi circuiti di readout
semiconduttivi. In particolare verrà dotato di un sistema di scansione laser per imaging funzionale dei detectors.
2. Caratterizzazione detector semiconduttivi a bassa temperatura
Caratterizzazione di rivelatori semiconduttivi di tipo pixel a bassa temperatura. I rivelatori saranno forniti sia dal CERN
attraverso RD39, sia da altri esperimenti (ad es. Medipix) interessati a caratterizzare le prestazioni a bassa temperatura dei
detector usati.
3. Caratterizzazione circuiti complessi semiconduttivi a bassa temperatura
Caratterizzazione di circuiti di readout per rivelatori semiconduttivi ottenuti attraverso RD39 ed altri esperimenti (ad es.
Medipix) interessati a caratterizzare le prestazioni a bassa temperatura dei detector usati. Saranno studiati gli intervalli di
tensioni di alimentazione per il corretto funzionamento dei vari tipi di readout al variare della temperatura.
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Attività 4: Test facility Criogenica sul fascio TANDEM di Napoli.
Questa attività continua lo studio del danno da radiazione su dispositivi superconduttivi avviato nel corso del progetto SURADDA.
In questo ambito si propone di dotare la stazione TANDEM di Napoli di una beam line equipaggiata con un criostato atemperatura
variabile (2-300K) del tipo di quello utilizzato nell’Attività 3. In questo modo sarà possibile effettuare irraggiamento mentre il
campione si trova a bassa temperatura immediatamente prima e dopo l’irraggiamento, in condizioni per dispositivi criogenici,
operative simili a quelle in cui il dispositivo si troverebbe in esperimenti reali su satellite o su fascio.
La possibilità di avere accesso al fascio di Napoli permette di ottimizzare i tempi di lavoro e l’impegno per tale attività, oltre che
creare localmente collaborazioni e sinergie. Anche per questa attività si richiede un modesto impegno finanziario a fronte di un
considerevole ritorno in termini di risultati. Il lavoro da effettuare è sicuramente alla portata dell’impegno da dedicare in termini di
mesi/uomo, in quanto molte delle attività di laboratorio sfrutteranno in modo sinergico il lavoro svolto nelle altre attività.
Progettazione e messa in opera di una stazione criogenica da istallare su una linea del fascio dell'acceleratore Tandem del
dipartimento di Scienze Fisiche dell'Università di Napoli “Federico II”, capace di accelerare protoni e ioni leggeri fino a 6 MeV. La
stazione criogenica è basata su un criostato a flusso prodotto dalla Cryoindustries-USA capace di raggiungere temperature da 2 a
300K, e di lavorare con elio e con azoto liquido. L'adozione di un criostato a flusso evita la possibilità che i liquidi criogenici
possano venire a contatto con il fascio di particelle, con i noti problemi di stabilità. Il sistema prevede un rack di elettronica (slow
control) con controllo remoto per la regolazione e il monitoraggio della temperatura dei campioni, dell'alimentazione dei detector e
dei circuiti da testare. Inoltre la stazione di misura è equipaggiata di elettronica per il conteggio dei segnali veloci ottenuti dai
detector durante l'irraggiamento.
L'attività scientifica prevista consta di vari cicli di irraggiamento e test di rivelatori criogenici.
E' previsto l'irraggiamento e test di detector semiconduttivi di tipo single pixel allo scopo di caratterizzarne il danno da radiazione
senza cicli termici a temperatura ambiente, in modo da simulare un reale utilizzo in un acceleratore sia in applicazioni di beam
monitoring sia come rivelatore di vertice.
Verranno poi effettuati cicli di irraggiamento di rivelatori superconduttivi ad alta risoluzione energetica di tipo STJ, simulando
possibili condizioni operative in impieghi su satellite. I rivelatori irraggiati verranno caratterizzati separatamente (richiedono
temperature di lavoro da 100 a 300 mK) .
Verranno infine effettuati cicli di irraggiamento e contemporanea caratterizzazione di rivelatori superconduttivi di tipo JTJ e semplici
circuiti Josephson. Le misure serviranno a completare i risultati ottenuti in precedenti esperimenti (SURADDA) in cui è stata
evidenziata la notevolissima resistenza al danno da radiazione (5Grad) dei dispositivi elettronici superconduttivi. Infatti finora non è
stato possibile caratterizzare “in situ” i dispositivi irradiati per mancanza della necessaria facility criogenica sul fascio.
Azioni:
1. Progettazione e realizzazione della stazione criogenica
Progettazione e messa in opera di una stazione criogenica capace di raggiungere temperature da 2K a 300K da istallare su
una linea del fascio dell'acceleratore Tandem di Napoli per l' irraggiamento e la caratterizzazione di dispositivi criogenici di
rivelazione e non, semiconduttivi e superconduttivi.
2. Test di irraggiamenti di detector semiconduttivi a bassa temperatura
Irraggiamento e test di detector semiconduttivi di tipo single pixel allo scopo di caratterizzarne il danno da radiazione. La
caratterizzazione avviene “in situ” senza cicli termici a temperatura ambiente, in modo da simulare un reale u tilizzo in un
acceleratore.
3. Test di irraggiamento di detector superconduttivi STJ
Cicli di irraggiamento di rivelatori superconduttivi ad alta risoluzione energetica di tipo STJ. I rivelatori irraggiati verranno
caratterizzati localmente per quanto riguarda le caratteristiche operative in assenza di radiazione e separatamente per quanto
riguarda il funzionamento come rivelatori dove è richiesta una temperatura di lavoro molto più bassa (da 100 a 300 mK) .
4. Test di irraggiamento e caratterizzazione a freddo di detector JTJ e circuiti superconduttivi
Cicli di irraggiamento e contemporanea caratterizzazione di rivelatori superconduttivi di tipo JTJ e semplici circuiti
Josephson (ad esempio magnetometri dc-SQUID e SFQ digital circuits). Le caratterizza zioni verranno effettuate “in situ”
per mettere in evidenza tipologie di danno da radiazione modificabili in base alla storia termica del dispositivo.
05/07/01
Le attività sopra descritte si articoleranno secondo il seguente piano temporale
Activity
1° Anno
STJ single pixel
and quasi-epitaxial
absorbers
2° Anno
STJ with epitaxial
3° Anno
4° Anno
absorber, Arrays
Advanced STJ
Set-up of 100mK cryostation
R&D for Quatratran-like structures
Design & Simulation of
Dual Detector
Fabrication & Assemling
of Dual Detector
Dual Detector
Set-up 0.3K for fast discriminator experiments
with optical access
Cryo-Electronics
TANDEM
Set-up of Cryo Station
Setup of cryo-line
Milestones
Test of Dual Detector
Si-detectors and readout circuits tests
Irradiation of Si-detectors
Deliverables
Irradiation of
STJ-detectors
Irradiation of Josephson
devices and detectors
DELIVERABLES
Advanced STJ
STJ-Single Pixel
Quasi-epitaxial
strip detector
STJ with epitaxial absorber
Superconductive Amplifier
Dual Detector
Design and simulation of
Dual Detector
Dual Detector
05/07/01
DESCRIPTION
Chip with Al based STJ
∆ E=70eV at 6keV
12th
Chip with Nb and TiN absorber strip detectors with
12th
200x100µm2 size and double Al-STJ readout
Chip with Nb and Ta epitaxial absorber strip detectors with 36th
200x100µm2 size and double Al-STJ readout.
Report on Quatratran-like amplifier properties
48th
Epitaxial
strip detector
Dual Detector
Cryogenic station at
300 mK
Dual Detector
Cryo-electronics
Si Detectors at Low
Temperature
Si readout circuit at low
temperature
Tandem
Cryostation on beam line
month
month
month
month
Report of design and computer simulation of optimal dual 12th month
detector configuration
Chip of STJ-JTJ detector with high energy and time resolution: 36th month
∆E=70 eV at 6keV, ∆t < 10ns
Cryo-electronics
Si Detectors and Readout
Report on Si detectors and Medipix readout chip at cryogenic
Circuits at Low Temperature temperature: operating ranges and performances
Tandem
Facility: Cryogenic station with variable temperature from 4300K installed on Tandem beam line.
Radiation damage of Si-det
Report of radiation damage threshold for Si detectors
Radiation damage of STJ -det Report of radiation damage threshold for STJ-detectors:
qualification for satellite applications
Irradiation of JTJ
Report of radiation damage thresholds for JTJ detectors and
simple Josephson circuits
MILESTONES
Advanced STJ
Quasi-epitaxial
strip detector
Cryogenic station
at 100mK
TIME
DESCRIPTION
48th month
12th month
24th month
36th month
48th month
TIME
Nb and TiN absorber strip detectors with 200x100µm2 size and 12th month
double Al-STJ readout
Setup of cryogenic station operating at 100 mK for advanced Al- 24th month
based STJ detectors
Nb and Ta epitaxial absorber strip detectors with
200x100µm2 size and double Al-STJ readout.
Fabrication process scalable up to 1000x100µm2
36th month
Setup of cryogenic station operating at 300 mK and with optical 24th month
laser pulse access
STJ-JTJ detector with high energy and time resolution: ∆ E=70 48th month
eV at 6keV, ∆t < 10ns
Characterization of performances of Si detectors at low 24th month
temperature (>77K)
Characterization of readout chip (Medipix) at cryogenic 36th month
temperature: operating ranges and performances
Cryogenic station with variable temperature from
4-300K installed on Tandem beam line.
12th month
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3. Partecipanti e Struttura del gruppo proponente
Il gruppo proponente è costituito essenzialmente dai partecipanti degli esperimenti INFN STJ-detectors e Lazarus.
Il gruppo è composto da personale dell’Istituto di Cibernetica del CNR di Pozzuoli (NA), da personale del Dipartimento di Scienze
Fisiche dell’Università Federico II di Napoli, tutti associati all’INFN e da personale INFN di Salerno.
L’elenco è il seguente
Cognome
Nome
Ente di
Posizione nei
appartenenza
riguardi dell’INFN
Qualifica
%
tempo
80
associato
1° Ricercatore
(Resp. Naz)
Ricercatore
CNR-staff
associato
Ricercatore
90
Ciro
CNR-staff
associato
Ricercatore
80
Pagano
Sergio
CNR-staff
associato
Ricercatore
90
Barone
Antonio
Università
associato
Prof. Ordinario
30
Peluso
Giuseppe
Università
associato
Prof. Associato
20
Pepe
Giampiero
Università
associato
Ricercatore
30
Parlato
Loredana
Università
associato
Contrattista
40
Gambardella
Umberto
INFN
Dipendente
Ricercatore
50
Lissitskii
Mikhail
INFM
Contrattista
80
Perez De Lara
David
INFN
Dottorando
100
Eijnaes
Mikkel
INFN
Post doc
100
Cristiano
Roberto
CNR-staff
associato
Esposito
Emanuela
CNR-staff
Frunzio
Luigi
Nappi
Borsista
Marie Curie
Borsista
Marie Curie
90
Le posizioni del personale a contratto e borsisti si riferiscono alla data di presentazione del progetto CRYDET
Nel corso del progetto è prevista l’assegnazione di un contratto triennale della UE che sarà impegnato nel progetto a tempo pieno.
E’ prevedibile una partecipazione a borse di studio INFN per stranieri da parte di attuali borsisti Marie Curie.
Si intende inoltre chiedere una posizione di art.23 INFN per il Dott. M. Lissitskii che ha goduto di borsa biennale INFN per stranieri
lavorando al progetto STJ negli anni 1999-2000 ed attualmente continua la sua collaborazione attraverso un assegno di ricerca
INFM.
L’attività del progetto CRYDET si svolgerà presso laboratori dislocati in tre sedi diverse.
Il gruppo di ricerca del CNR a cui sono assegnati anche il Dott. Lissitskii e i due borsisti INFN, svolge la sua attività presso l’Istituto
di Cibernetica di Pozzuoli, NA, dove costituisce il gruppo rivelatori superconduttivi. Presso l’IC-CNR sono concentrate le attività
riguardanti la tecnologia di fabbricazione. Dal 1999, anno di trasferimento presso la nuova sede di Monte S.Angelo dei Laboratori
della sezione INFN di Napoli, anche le attività di misura e caratterizzazione rivelatori STJ sono state trasferite presso le strutture del
CNR, dove costituiscono il laboratorio di misure a basse temperature di dispositivi sotto radiazione e la caratterizzazione a bassa
temperatura di dispositivi a semiconduttore, relativi all’attività 3.
Il gruppo del Dipartimento di scienze fisiche, i cui laboratori si trovano la sede del Politecnico di Napoli, avrà la responsabilità dello
sviluppo di materiali alternativi (leghe di Ti) e lo studio di dispositivi tipo Quatratran.
Le attività riguardanti il danno da radiazione saranno svolte presso la Sezione INFN di Napoli nel complesso di Monte S. Angelo
dove è istallato l’acceleratore TANDEM.
05/07/01
4. Qualificazione del gruppo proponente.
Il gruppo proponente l’esperimento CRYDET svolge la sua attività nello sviluppo di rivelatori superconduttivi da circa 10 anni. Le
competenze nell’area dei dispositivi elettronici superconduttivi è arricchita dall’appartenenza ad una comunità scientifica di fisici
impegnati in superconduttività che raccoglie in Campania la maggiore concentrazione nazionale ed una delle più significative in
Europa.
Nel corso di precedenti progetti INFN il gruppo ha sviluppato tecnologie di fabbricazione di giunzioni superconduttive Josephson
con geometria speciale ad isola per l'impiego come rivelatori di radiazione X e nel visibile. Le giunzioni sono basate sulla tecnologia
del Nb e dell'Al. Con tali campioni, aventi area fino a 100x100µm2 sono stati rivelati singoli fotoni da 6keV con risoluzione
energetica di 70eV, che e' tra i primi dieci risultati nel mondo, il migliore in Italia ed in ogni caso migliore di quella di rivelatori
tradizionali utilizzati in spettrometria di massa o EDS. L’aspetto innovativo dei risultati ottenuti è che la tecnologia sviluppata
utilizza insieme processi completamente fotolitografici, tecniche di magnetron sputtering per la deposizion ed è sviluppata su
substrato di zaffiro. I dispositivi realizzati hanno mostrato un buon accoppiamento fononico tra il substrato-assorbitore e le giunzioni.
La possibilità di controllare l’accoppiamento fononico è particolarmente importante perchè permette di avere a disposizione varie
alternative per implementare l'efficienza di raccolta e la risoluzione energetica. Al momento in cui questa proposta viene scritta, sono
stati fabbricati nuovi dispositivi STJ con layer di disaccoppiamento tra substrato e giunzione per studiare l'accoppiamento fononico,
con caratteristiche elettroniche intrinseche migliori di quelle già testate sotto radiazione e quindi potenzialmente in grado di fornire
una migliore risoluzione energetica.
STJ
Tra i risultati più significativi, il gruppo vanta l’introduzione della configurazione cosiddetta ad isola per STJ-detector, che oggi è
14
ampiamente usata in esperimenti di rivelazione e, più recentemente, la proposta di geometria ad anello per ottenere un metodica
semplice ed efficace per la stabilizzazione del punto di lavoro di un rivelatore STJ. Giunzioni ad anello sono state fabbricate. Il loro
comportamento soddisfa le previsioni teoriche per quanto riguarda la soppressione della corrente critica di Josephson. Misure
preliminari con raggi X sono state effettuate con risultati incoraggianti. Tale geometria è particolarmente utile nel caso di struttura di
array, come quelle che si intendono sviluppare nell'esperimento CRYDET.
Tra gli obiettivi di questa proposta c’è quello di sviluppare un rivelatore duale in cui il meccanismo di commutazione Josephson è
alla base del funzionamento di una JTJ come discriminatore veloce. Presso il gruppo esistono consolidate esperienze, teoriche e
sperimentali, nello studio del decadimento di stati metastabili in giunzioni Josephson dovuti a rumore intrinseco, che rappresenta il
meccanismo antagonista.
Il Gruppo ha recentemente sviluppato, in collaborazione con l'Università di Oxford, un dispositivo a tre terminali impiegante due
giunzioni tunnel STJ con caratteristiche simili al transistor bipolare quatratran. In particolare, guadagni in corrente fino a 80 a
100
T=4.2K ed alte unidirezionalità nel funzionamento lo rendono particolaremente
2
80
interessante per la eventuale amplificazione criogenica dei segnali provenienti da
0.57 A/cm
15
2
60
0.74 A/cm
rivelatori operanti alle basse temperature .
2
0.77 A/cm
∆JDet /∆JInj
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
14
15
2
0.79 A/cm
2
0.81 A/cm
2
Guadagno differenziale in corrente in funzione della tensione di
alimentazione a vari livelli di densità di corrente di iniezione
0.87 A/cm
-2
-1
0
1
VDet (mV)
2
R. Cristiano, et al, Appl. Phys. Lett. 74 (1999).3389; R.Cristiano, et al Phys.Rev.B 62 (2000) 8683
G.P. Pepe et al., Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 447
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Il gruppo vanta i risultati più estensivi e completi sul danno da radiazione in circuiti superconduttivi.
Dietsche et al Solid State Comm. 24 (1977) 591
Lee et al Appl Phys Lett. 40 (1982) 347
Raider et al Defects & Diffusion Forum 57 -58 (1988) 425
King et al, IEEE Trans.Nucl.Sci. 38 (1991) 1359
Pagano et al IEEE Trans on Appl.Superc.7 (1997) 2917
Frunzio et al Jpn J. Appl.Phys. 37 (1998) 40
Frunzio et al Jpn J. Appl.Phys. 37 (1998) 40
STJ
radiazione
Energia
MeV
Pb-based
neutroni
>0.1
Pb-based
elettroni
0.015-2
Nb/PbAuIn
Nb-based
Nb-based
Nb-based
Nb-based
N+
protoni
protoni
protoni
Au16+
0.7
63
6.5
6.5
235
Fluenza
n/cm2
1.0 x1018
Dose
Grad
16
1.0 x10
5.0 x1014
7.6 x1014
1.0 x1015
1.0 x1016
1.3 x1012
0.077
0.5
5.0
0.92
risultati
Bridge metallici o weak-link
attraverso la barriera
Difetti da ionizzazione o
urto elastico nucleare
Difetti da ionizzazione
Nessun danno
Nessun danno
Danno
Danno
Inoltre, componenti del gruppo sono stati tra i primi investigatori dell’effetto Lazarus. Questo effetto consiste nel completo recupero
di rivelatori a diodo di Si, danneggiati irreversibilmente a fluenze di circa 1014 1MeV equiv. n/cm2 , mediante raffreddamento a T <
100K , ed è stato estensivamente studiato negli ultimi tre anni dalla collaborazione CERN RD39, a cui l'INFN ha partecipato
attraverso l'esperimento Lazarus. I risultati ottenuti sinora sono stati molto incoraggianti e si prevede lo sviluppo di applicazioni
specifiche di detector criogenici in esperimenti CERN quali NA60, COMPASS, TOTEM.
05/07/01
I laboratori partecipanti alla proposta CRYDET hanno la seguente dotazione strumentale, disponibile per le attività del progetto
CNR-IC
Laboratorio di deposizione film sottili:
Sistema di deposizione MRC a tre magnetron, pompa criogenica con camera
di caricamento load-lock e rf-backsputter cleaning
Pressione base 10-9 mbar
Sistema di deposizione Leybold, con pompa turbo,
per metalli morbidi ed isolanti ed rf-backsputter cleaning
Sistema RIE (Reactive Ion Etching) per rimozione metallica in atmosfera reattiva di CF4 (+O2)
Sistema Ion-milling per rimozione metallica soft in atmosfera inerte (Ar)
Step profiler Tencor Alpha-Stepper misura di precisione degli spessori di film sottili
Wedge Bonder Kulike & Soffa mod.4123 per microsaldature ad ultrasuoni a freddo (filo AlSi)
Laboratorio di fotolitografia
3 Banchi a flusso laminare classe 100 + 1 Wet Etching Process laminar flow bank
Mask Aligner K.Suss MJB3 per allineamento micrometrico (3µm linewidth )
Mask Aligner K. Suss MJB3 con laser ad eccimeri litografia submicrometrica (0.8µ m)
Spin coater Headway Research
Microscopio K. Zeiss Axioscop
Laboratorio per misure a bassa temperatura
Stazione schermata per ultra shielded measurements costituita da:
un dewar superisolato per LHe da 10lt,
sistema di schermaggio a tre schermi di mu-metal ed uno schermo di Alluminio
sistema di controllo della temperatura (10K-1.3K con accuratezza al mK) basato su pompaggio booster e manostato
Camera schermata 3x3 mt con frequenza di taglio di 10KHz e 20GHz
Elettronica custom per la caratterizzazione elettronica e magnetica e controllo remoto della temperatura basata su
Sistema acquisizione e controllo dati su PC, equipaggiata da generatore di segnale HP8116A ed oscilloscopio Hitachi V-1100A
Laboratorio INFN/CNR per misure a temperature subkelvin e sotto radiazione
Stazione criogenica costituita da:
un dewar superisolato per LHe da 10lt,
sistema di controllo della temperatura (10K-1.3K con accuratezza al mK) basato su pompaggio booster e manostato
Inserto a He3 Heliox della Oxford Instr., Tbase=280mK con controllore e lettore di temperatura
Stazione criogenica portatile a flusso di He Cryoindustries mod.102 per misure da 300 a 2K
Elettronica per caratterizzazione dispositivi a semiconduttore
Elettronica custom per la caratterizzazione elettronica e magnetica e controllo remoto della temperatura basata su
Sistema acquisizione e controllo dati su PC,
Oscilloscopio Tektronix TAS 475
Oscilloscopio digitale Tektronix 2430A
Generatore di segnale HP 33120A
Generatore di impulsi HP 51104A
05/07/01
Dip. Scienze fisiche Università Federico II
Laboratorio di deposizione film sottili:
Sistema di deposizione a due magnetron, cannone ionico pompa criogenica
Controllo spessore
Sistema di deposizione con un magnetron, cannone ionico, un crogiulo, pompa criogenica
Controllo spessore
Sistema RIE (Reactive Ion Etching) per rimozione metallica in atmosfera reattiva d i CF4 o per ion milling
Metallizzatore con sputtering.
Profilometro
Wedge Bonder
Laboratorio di fotolitografia
3 Banchi a flusso laminare classe 100 + 1 Wet Etching Process laminar flow bank
Mask Aligner K.Suss MJB3 per allineamento micrometrico
Spin coater Headway Research
Microscopio K. Zeiss Axioscop
Laboratorio per misure a bassa temperatura
Criostato per LHe con sistema di controllo della temperatura (10K-1.3K)
Elettronica custom per la caratterizzazione elettronica e magnetica e basata su sistema acquisizione e controllo dati su PC,
equipaggiata da generatore di segnale 100pA-1A ed oscilloscopio analogico 100MHz
Picoamperometro SQUID
Amplificatore lock-in
05/07/01
5. Collegamenti con altri progetti e principali collaborazioni.
Il progetto CRYDET si inserisce in una serie di iniziative che hanno lo scopo di creare a Napoli un polo di riferimento per lo studio
della fisica e lo sviluppo delle applicazioni di rivelatori di radiazione operanti a bassa temperatura. In particolare, le varie attività
svolte nel progetto forniscono la base di studio e sviluppo di tecnologie e metodiche sperimentali di supporto ad iniziative
essenzialmente di carattere applicativo.
Il gruppo INFN di Napoli coinvolto in CRYDET è tra i proponenti di un network Europeo TMR Applied Cryodetectors nell’ambito
del 5° programma quadro. L’attuale proposta segue due analoghe iniziative, tutte coordinate dal prof. Ettore Fiorini, che si sono
succedute con successo negli ultimi sette anni. Il network raccoglie i maggiori gruppi europei coinvolti in esperimenti underground
16
che utilizzano rivelatori criogenici ed ha permesso di stabilire un fruttuoso ed intenso scambio di esperienze e collaborazioni . Il
gruppo di Napoli si è giovato nel passato di questa iniziativa attraverso una borsa di studio biennale Marie Curie usufruita dalla dott.
Emanuela Esposito (attualmente tra i proponenti di CRYDET) presso l’Università di Oxford, seguita da una borsa di ritorno di un
anno presso la sezione INFN di Napoli, e di due borse di studio assegnate alla sezione di Napoli per contratti di 3 anni (David Perez
de Lara) e di 1 anno (Mikkel Eijrnaes). Nell’ambito del network il gruppo ha stabilito ottimi rapporti di collaborazione oltre che con
gli altri due partners INFN di Milano e Genova, con l’Università di Oxford (prof. N. Booth) e con l’Univerità Tecnica di Monaco
(prof. F. von Feilitzsch), per i comuni interessi nello sviluppo di rivelatori STJ.
Il network, se approvato, permetterà dal 2002 di avere un contratto triennale per un dottorando straniero presso la sezione di Napoli,
di avere un canale privilegiato per candidare di studenti di dottorato o post-doc napoletani per stage preso i laboratori del network, di
ottenere un contributo alle spese di missione estero per scambi e collaborazioni con i gruppi sopra citati.
Finanziamento previsto: 150 kEuro (in corso di valutazione)
Congiuntamente con il CNR è in via di definizione la partecipazione ad un Centro di Competenza per i Beni Culturali della
Regione Campania (nell’ambito delle iniziative POR) in cui sarà sviluppata spettrometria EDS con sensori superconduttivi per
archeometria. L’iniziativa consiste nell’istallazione a Napoli del primo prototipo di EDS per fluorescenza X equipaggiato con
sensori TES per misure su reperti di interesse dei beni culturali (in collaborazione con il gruppo di archeologi guidati dal prof.
Marrazzi dell’Istituto Universitario Suor Orsola Benincasa di Napoli). E’ in via di definizione un accordo con la Cryogenic
Spectrometers (CSP) GmbH di Monaco che, insieme con la EDAX, ha iniziato a commercializzare questo tipo di strumentazione.
L’accordo con la CSP prevede un interesse reciproco a sviluppare programmi di collaborazione per valutare la possibilità di
sostituire i rivelatori TES con rivelatori basati sulla tecnologia STJ. L’accesso privilegiato al prototipo costituisce una occasione
unica per appropriarsi di un know-how di avanguardia, indispensabile per progettare i rivelatori con le opportune specifiche
richieste dalla particolare applicazione. I rapporti di collabora zione con la CSP sono documentati da una lettera di intenti a
collaborare. La CSP partecipa, tra l’altro, al network europeo sopra citato.
L’INFN sarà coinvolto nelle iniziative del centro di competenza regionale attraverso la partecipazione ad eventuali attività di
brevetto. Le modalità saranno definite più precisamente al momento della definizione del consorzio regionale.
Finanziamento previsto: 800 kEuro (in corso di presentazione)
Per quanto riguarda rivelatori STJ per raggi X, il gruppo INFN/CNR collabora con il Dipartimento di Fisica Applicata della Yale
University, New Haven, USA (gruppo guidato dal prof. D. Prober) per lo sviluppo di rivelatori avanzati STJ per astrofisica. Il dott.
Luigi Frunzio, proponente di CRYDET ha fatto parte per circa tre anni (1999-2001) del team del prof.Prober, dove ha avuto la
responsabilità esecutiva di due progetti di ricerca della NASA rispettivamente con il Goddard Space Flight Center e con il JET
Propulsion Lab. Inoltre, è già in corso un' attività di ricerca per lo studio delle prestazioni di STJ anulari sotto raggi X, finanziata
dal Dip. della Difesa, a cui prende parte il gruppo del prof. Prober e la HYPRES Inc. ed a cui hanno partecipato anche componenti
17
del gruppo INFN/CNR . E’ in via di definizione un’estensione dell'intesa di collaborazione tra il Dipartimento di Fisica Applicata
della Yale University ed l'IC-CNR rivolta a vari aspetti: configurazione geometrica ottimale di un rivelatore STJ per astrofisica
basato su strutture a stri con lettura STJ laterale e geometrie ad anello, e sulla qualificazione per applicazioni nello spazio di
dispositivi superconduttivi esposti al danno da radiazione.
Non sono previsti finanziamenti diretti al Gruppo INFN
Si sta infine stabilendo una collaborazione tra il il gruppo INFN/CNR, l'Istituto di Cibernetica CNR, l'Istituto Internazionale di
Genetica e Biofisica (CNR-IIGB) e le Università di Napoli e di Cagliari (rispettivamente con i Dipartimenti di Chimica Organica e
Biologia e di Biologia Sperimentale) per lo studio di problematiche di biologia mediante spettrometria di massa basata su sensori
superconduttivi. Tale attività prevede a Napoli anch’essa l’installazione del primo prototipo di spettrometrodi massa TOF
equipaggiato con sensori superconduttivi, in collaborazione con la Genspec SA di Neuchatel in Svizzera. Con la Genspec è gia in
corso di stesura un brevetto per rivelatore duale, che vede come soggetti interessati l’INFN, il CNR e la Genspec. La
16
17
Consultare la pagina web http://www.lngs.infn.it/lngs/htexts/tmr/tmr_network.html.
L. Frunzio et al., Appl. Phys.Lett. (2001) submitted
05/07/01
collaborazione con la Genspec è di particolare rilievo trattandosi della compagnia che ha inventato la spettrometria di massa per
macromolecole con sensori superconduttivi e che possiede in questo settore una posizione di assoluta preminenza. Inoltre il
progetto permetterà di accedere a tematiche di carattere biologico (proteinomica e post-genomica) collaborando con prestigiosi
gruppi italiani. La collaborazione ha prodotto i seguenti progetti con richieste di finanziamento:
CNR - Agenzia 2000
CNR - Agenzia 2001
MURST
I proponenti dell'esperimento CRYDET, insieme con l'Istituto Elettrotecnico Nazionale G. Ferrarsi hanno presentato una richiesta
di finanziamento per una ricerca esplorativa nell'ambito delle iniziative FISR-MURST. Il progetto si propone di esplorare la fisica
di base e la fattibilità di una nuova classe di sensori ottici costituiti da rivelatori superconduttivi di fotoni nell' UV - Visibile con la
potenzialità di fornire informazione sull'energia e il tempo di arrivo di singoli fotoni. I rivelatori proposti sono basati su giunzioni
superconduttive operanti in regime di Josephson.
I proponenti del progetto CRYDET continueranno la partecipazione, iniziata con il progetto Lazarus, nell'ambito della
collaborazione RD39. A tale collaborazione partecipano 15 istituzioni internazionali ed ha come scopo lo studio dei fenomeni fisici
di base e lo sviluppo di applicazioni di rivelatori di silicio operanti a temperature criogeniche per esperimenti di alte energie.
Attualmente la collaborazione ha effettuato alcune dimostrazioni (test beam) dell'operatività dei rivelatori criogenici e dei relativi
sistemi di raffreddamento e sono in corso di sviluppo applicazioni nell'ambito dei seguenti esperimenti CERN: COMPASS, NA60,
TOTEM.
Non sono previsti finanziamenti diretti al Gruppo INFN
Le iniziative possono così essere schematizzate:
Si-detectors
CERN RD39 INFN
Optical Detectors
MEDIPIX
FISR-MURST
Astrophysics applications
CRYDET
HYPRES
Mass Spectroscopy
MURST
CNR Agenzia 2000 -Agenzia 2001
EDS X ray spectroscopy
Centro di
Competenza
Beni Culturali
INFN EU
Network
05/07/01
Tabella dei Costi
(in kEuro)
1° anno (2002)
Totale
Advanced STJ-Detectors
ADR Cryogenic station (100mK)
Dual Detector
Measurement station for the 0.3K insert
Cryo-Electronics
Tandem
2° anno
Gas flow controller for UHV systems
UHV Heater for Epitaxial Thin Film
Dual Detector
Cryo-Electronics
Tandem
Cons
60
30
MI
2.5
ME
6
Tot.
278,5
6
7,5
188,5
140
10
40
-
10
10
30
55
55
120
45
-
30
15
30
3° anno
Totale
Dual Detector
Cryo-Electronics
Tandem
0
100
30
45
15
10
6
7,5
113,5
4° anno
Totale
Dual Detector
Cryo-Electronics
Tandem
0
80
20
40
10
10
4
6
90
265
360
18,5
27
670,5
TOTALE
Totale
Inv
210
in grassetto sono indicati le principali attrezzature inventariabili di cui si chiede l’acquisto
Dual Detector
Cryo-Electronics
Tandem
320
165
50
90
Costo totale per Attività
(Inv + Cons)
2002
Codice
Esperimento
CRYDET
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Cognome e Nome
Barone Antonio
Cristiano Roberto
Eijnaes Mikkel
Esposito Emanuela
Frunzio Luigi
Gambardella Umberto
Lissitski Mikhail
Nappi Ciro
Pagano Sergio
Parlato Loredana
Peluso Giuseppe
Pepe Giampiero
Perez de Lara David
Incarichi
P.O.
5
CNR
5
80
B.UE
5
100
CNR
5
90
CNR
5
90
5
50
INFM
5
80
CNR
5
80
CNR
5
90
Univ.
5
40
P.A.
5
20
R.U.
5
30
B.UE
5
100
Ric
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
30
Qualifica
TECNICI
N
Mod. EC/EN 7
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
tecnica tecnica
Percentuale
2002
Codice
Esperimento
CRYDET
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
CRYDET
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
cryogenic
detector
superconductivity
spectroscopy
radiation damage
tunnel junction
cryogenic
detector
superconductivity
spectroscopy
radiation damage
tunnel junction
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
CRYDET
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
Esperimento
CRYDET
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Mod. EC 10
%
2002
Codice
Resp. Naz.:
Struttura
Esperimento
CRYDET
Gruppo
5
Roberto Cristiano
NAPOLI
livello raggiunto
alla data prevista
in %
Data prevista per
il completamento
Descrizione
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
31/12/2002
STJ-Single Pixel Chip con Al-based STJ, DE=70eV at 6keV; quasi-epitaxial strip
detector con assorbitore di Nb and TiN 200x100mm2 e Al-STJ readout
31/12/2002
Stazione criogenica a temperatura variabile (4-300K) istallata su TANDEM di
Napoli
31/12/2002
Progettazione e simulazione per la definizione della configurazione ottimale del
rivelatore duale STJ+JTJ. (Report)
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
Gruppo
CRYDET
5
Resp.Naz.:
Struttura
Roberto Cristiano
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Caria Mario
Cerello Piergiorgio
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
M.P. Lisitskii
Numero
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A
L. Parlato
15-18
2000
77
447-449
2000
440
5-16
2000
440
17-37
2000
Superconducting device with transistor like properties including large current
amplification
Charge collection efficiency of irradiated silicon detectors operated at
cryogenic temperatures
Charge collection efficiency and resolution of an irradiated double sided
silicon microstrip detector operated at cryogenic temperatures
Mod. EC/EN 11a
2000
444
K. Borer
476-479
Quasiparticle diffusion and edge losses in superconducting tunnel junctions
detectors with two active electrodes
APPLIED PHYSICS LETTERS
K. Borer
Data
444
G.P. Pepe
Pagine
Annular Josephson junctions for radiation detection: fabrication and
investigation of the magnetic behaviour
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Collaboratore
e-mail:
[email protected]
Fisica interdisciplinare
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Sigla dello
dal Laboratorio
Napoli
DOSBI
Acceleratore usato
Fascio
Interazione radiazioni ionizzanti - sistemi biologici
Processo fisico
studiato
Microscopio a fluorescenza
utilizzato
all'esperimento
Milano, Napoli
Azienda Policlinico Universitario, Napoli
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
4 anni
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
VOCI
DI
SPESA
2002
IMPORTI
Parziali
Riunioni collaborazione
Interno
Viaggi e missioni
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
1,5
1,5
1 partecipazione ad un congresso internazionale
Estero
2,5
2,5
Sonde per ibridizzazione
Materiale vario
5,0
2,5
7,5
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
Affitti e
Spese
manutenz. Calcolo
apparecchiat.
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Microscopio a fluorescenza (cofinanziamento)
Materiale
Inventariabile
15,0
Costruzione
Apparati
15,0
Totale
26,5
Note:
Mod. EC. 2
Codice
122
Resp. loc.:
Esperimento
DOSBI
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Lo scopo dell'esperimento è di individuare un metodo di monitoraggio del trattamento
radioterapeutico con raggi X che permetta di predire la radiorisposta individuale. Si è
analizzata l'induzione di aberrazioni cromosomiche in linfociti del sangue periferico con la
tecnica della PCC+FISH. L'esperimento, previsto di durata triennale, necessita di un
prolungamento di un ulteriore anno. Infatti, i dati raccolti finora non consentono di dare
risposte conclusive, in quanto il numero di pazienti è ancora troppo basso. Ciò è stato
principalmente dovuto al flusso di pazienti che si è dimostrato più lento rispetto alle
previsioni. L'esperimento è infatti on line alla radioterapia e richiede il rispetto delle
modalità dell'etica medica (consenso informato ecc.). Si è anche ritenuto opportuno limitare
il progetto ai soli tumori alla mammella.Per compensare i tempi di misura più diluiti, abbiamo
messo a punto un nuovo protocollo FISH che consente di ottenere immagini di alta qualità,
adatte ad una tecnica di riconoscimento automatico delle aberrazioni. E'infatti in corso un
progetto, finanziato dal MURST ex legge 488, per la realizzazione di un prototipo di
Riconoscitore Automatico di immagini cromosomiche (RAIC) per la ricerca automatica di cellule
in metafase e in interfase e il riconoscimento automatico delle A.C. I tempi previsti per
questi programmi sembravano potere essere tra loro compatibili con l'impiego dell'unico
microscopio a fluorescenza in nostro possesso mentre in realtà ci troviamo ora nella
condizione di doverne acquisire un secondo. Tale acquisto è necessario anche alla luce dei
nostri programmi futuri che ci vedranno impegnati in esperimenti nei quali la tecnica FISH+PCC
è preminente.Si chiede, quindi un'assegnazione straordinaria per materiale inventariabile a
favore dell'esperimento DOSBI di 30 ML quale cofinanziamento al 50% per l'acquisto di un
microscopio a fluorescenza.
Consuntivo 2001-Sono continuate le misure in collaborazione con il Dip. di Radioterapia
dell'Università "Federico II" di Napoli, in pazienti per carcinoma mammario. Abbiamo misurato
le aberrazioni cromosomiche in linfociti periferici del sangue, estratti prima, durante, ed
alla fine del trattamento. Per alcuni pazienti, abbiamo anche ottenuto dei campioni di sangue
a 3 mesi dalla cura. Per la visualizzazione del danno citogenetico, è stata utilizzata la
tecnica di ibridizzazione in situ in fluorescenza (FISH) combinata con la condensazione
prematura dei cromosomi (PCC). I risultati evidenziano un aumento delle aberrazioni
cromosomiche indotte dal trattamento, ed una notevole variabilità individuale, che potrebbe
dipendere da: fattori fisici, ovvero differenze nel piano di trattamento impiegato; fattori
biologici, quali una diversa radiosensibilità individuale alle radiazioni;fattori medici,
quali l'influenza del trattamento chemioterapico o della chirurgia.
Attività 2002-Per completare l'analisi, si rende necessaria l'estensione di un anno del
progetto. Sarà infatti necessario avere almeno 10 pazienti, con lo stesso piano di trattamento
fisico, e che differiscano per chirurgia e trattamenti concomitanti. Un totale di 30 pazienti
ben selezionati in questo modo dovrebbe consentire di trarre conclusioni definitive sulla
variabilità individuale al trattamento.
All. Mod. EC. 2
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
1,5
2,5
7,5
15,0
26,5
TOTALI
1,5
2,5
7,5
15,0
26,5
Note:
Mod. EC. 3
esperimenti.
mod.EC/EN 7a.
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
A
2002
In kEuro
Struttura
Miss.
interno
Milano
Napoli
TOTALI
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.
e
Facch.
Spese
Calc.
Affitti e
Manut.
Appar.
Mater.
inventar.
Costruz.
appar.
TOTALE
Compet.
A
carico
di
altri
Enti
3,0
1,5
8,0
2,5
1,0
7,5
15,0
12,0
26,5
0,0
15,0
4,5
10,5
8,5
15,0
38,5
15,0
Note: I 15 keuro a carico di altri enti per la struttura di Napoli sono relativi al cofinanziamento del
microscopio a fluorescenza
Mod. EC. 4
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
2001
A Napoli sono continuate le misure in pazienti per carcinoma mammario. Abbiamo misurato le aberrazioni cromosomiche in
linfociti del sangue periferico, estratti prima, durante ed alla fine del trattamento. Per alcuni pazienti, abbiamo ottenuto dei
campioni di sangue a 3 mesi dalla cura. Il danno citogenetico, è stata analizzato con la tecnica di ibridizzazione in situ in
fluorescenza (FISH) combinata con la condensazione prematura dei cromosomi (PCC). I risultati evidenziano un aumento delle
aberrazioni cromosomiche e una notevole variabilità individuale.
A Milano si è sviluppato un modello meccanicistico e un codice Monte Carlo per simulare i territori cromosomiali in interfase nei
nuclei di linfociti umani. Il nucleo, un raggio 3 mm, è inscritto in un reticolo tridimensionale di 27000 box cubici di lato 0.2 mm.
Ogni territorio ha assegnato un numero di box proporzionale al contenuto genomico del cromosoma corrispondente. Il modello è
stato testato soddisfacentemente e quindi l'algoritmo si può considerare affidabile.
2002
Per completare l'analisi, si rende necessaria l'estensione di un anno del progetto.
Sarà infatti necessario avere almeno 10 pazienti, con lo stesso piano di trattamento fisico, e che differiscano per chirurgia
(linfonodi asportati o meno) e trattamenti concomitanti (con o senza chemioterapia). Un totale di 30 pazienti ben selezionati in
questo modo dovrebbe consentire di trarre conclusioni definitive sulla variabilità
individuale al trattamento. A Milano il modello sviluppato sarà esteso al caso di protoni e particelle alfa di bassa energia, che
sono di interesse nell'ambito della radioterapia con ioni carbonio. Inoltre saranno simulati sia l'irraggiamento isotropo, sia quello
con fasci paralleli. A questo punto saranno disponibili curve dose-risposta per radiazioni di diverso LET, che consentiranno
l'identificazione di possibili biomarkers della radiazione.
Eventualmente il codice sarà modificato in modo da simulare l'irraggiamento di fibroblasti umani, che sono di interesse in
radioterapia in quanto i fibroblasti della pelle possono ricevere una dose non trascurabile.
Anno
Finanziario
In kEuro
Materiale Costruz.
di
e
interno estero
Calcolo Manut.
inventar. apparati
consumo Facch.
Apparec.
1999
4,6
6,7
10,3
2000
4,1
6,1
10,3
2001
3,5
9,0
11,5
TOTALE
12,2
21,8
32,1
Mod. EC. 5
TOTALE
21,6
2,0
22,5
24,0
2,0
68,1
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
4,5
10,5
8,5
15,0
38,5
TOTALI
4,5
10,5
8,5
15,0
38,5
Note:
Mod. EC. 6
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
Cognome e Nome
D'Alesio Valentina
Durante Marco
Grossi Gianfranco
Scampoli Paola
Incarichi
Qualifica
TECNOLOGI
N
Spec.
5
P.A.
5
100 1
40
5
40
P.A.
5
40
R.U.
5
40
P.O.
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
T.L.
Pugliese M.Gabriella
,4
Qualifica
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica tecnica
40
1,0
TECNICI
Percentuale
Qualifica
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
SI Dosimetria biologica in pazienti trattati con radioterapia
Sardi Ilaria
Tesi di: dottorato
Titolo della Tesi
in Biologia
Relatore/Tutore G. Gialanella
Monetti Luigi
Tesi di: laurea
in Biologia
Keywords biodosimetria
aberrazioni cromosomiche
SI Studio delle aberrazioni cromosomiche dei linfociti del sangue periferico con la tecnica PCC +
FISH per la predizione della risposta individuale nei trattamenti radioterapici
Relatore/Tutore G. Grossi
Keywords Radioterapia
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
biodosimetria
radioterapia
biodosimetria
radioterapia
modelli biofisici
Mod. EC 8
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
V. d'Alesio
comunicazione
Dosimetria biologica per il monitoraggio di trattamenti radioterapeutici
LXXXVI Congresso della SIF
Palermo
6 - 11 Ottobre 2000
D. Esposito
comunicazione
X Convegno Nazionale SIRR
Risposta del sistema ematopoietico alla radiazione ionizzante in diversi scenari di esposizione: un modello e la Frascati
sua verifica sperimentale
19-22 Novembre 2000
Mod. EC 10
100 %
Struttura
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp. Naz.:
Gruppo
5
NAPOLI
livello raggiunto
alla data prevista
in %
Data prevista per
il completamento
30/06/2001
30/06/2001
31/12/2001
31/12/2001
Descrizione
Sviluppo di un modello/codice Monte Carlo dell'organizzazione della cromatina in interfase e test del
modello mediante il controllo dei seguenti parametri: distanze relative tra i punti di partenza per la
costruzione dei domini; rapporto tra i numeri di box e contenuto genomico; rapporto tra la porzione di
NAPOLI
Proseguimento dell'analisi dei pazienti trattati con diversi protocolli di chemioterapia e chirurgia. Inizio
irraggiamenti in vitro pre-trattamento per valutare la radiosensibilita' pre-trattamento
MILANO
Simulazione della formazione di aberrazioni cromosomiche (scoring GIEMSA e FISH) indotte da
radiazioni sparsamente ionizzanti
NAPOLI
Risultati preliminari sull'analisi di pazienti trattati con diversi protocolli di chemioterapia e chirurgia.
70
70
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Le milestones relative a Napoli sono state riorganizzate per le motivazioni riportate nell'allegato modello EC2. Inoltre, gli esperimenti in vitro sono
stati cancellati per la difficolta' nel reperire i volumi di campione di sangue necessari.
Data completamento
Descrizione
30/06/2002
MILANO
Estensione del punto 1) al caso degli ioni leggeri e confronto con i risultati ottenuti in una precedente versione
del
modello, in cui i territori cromosomiali erano stati simulati in modo implicito
NAPOLI
31/12/2002
Fine delle misure di pazienti trattati con diversi protocolli di chemioterapia e chirurgia
e
degli irraggiamenti in vitro per valutare la radiosensibilità pre-trattamento
MILANO
31/12/2002
identificazione di possibili biomarkers della radiazione ed eventuale estensione del modello al caso dei
fibroblasti
NAPOLI umani.
30/06/2002
Risultati sull'analisi di pazienti trattati con diversi protocolli di chemioterapia e chirurgia e sulla correlazione fra
dati in vitro pre-trattamento e risultati in vivo sull'induzione di aberrazioni cromosomiche
Mod. EC/EN 11
Codice
122
Esperimento
DOSBI
Resp.Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Bollini Dante
Cherubini Roberto
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
F. Ballarini
Numero
Pagine
Data
Stochastic aspects and uncertainties in the prechemical and chemical stages of electron tracks in liquid water: a
quantitative analysis based on M. C. simulations
Radiat. Envir. Biophys.
HG Paretzke
39
Adv. in Space Res.
L. Stronati
Radiat. Prot. Dosim.
A. Ottolenghi
PHYSICA MEDICA
Mod. EC/EN 11a
2000
1-62
2000
Biophysical models for the induction of cancer by radiation.
Radiation fields , dosimetry, biokinetics and biophysical models for cancer ....
A. Ottolenghi
179-188
Modelling chromosomal aberration industion by ionising radiation: the influence of interphase chromosome
architecture
27/2
369/382
2001
335-346
2001
Calibration curves for biological dosimetry by fluorescence in situ hybridization
94
Mechanistic and phenomenological models for the estimate of radiation-induced biological damage
17/S1
3-12
2001
2002
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Antonello Andreone
e-mail:
Codice
132
Esperimento
EBLA
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
VINCENZO PALMIERI
Struttura di
appartenenza:
LN Legnaro
Posizione
nell'I.N.F.N.:
I Ricercatore
e-mail:
CAVITA’ SUPERCONDUTTIVE
Linea di ricerca
Laboratorio ove
INFN Napoli
Sigla dello
dal Laboratorio
Acceleratore usato
Fascio
Proprieta’ a microonde di film superconduttori
Processo fisico
studiato
Analizzatore di rete, analizzatore di spettro, generatori di segnale a microonde
utilizzato
all'esperimento
INFN Napoli. INFN Legnaro
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
3 anni
2002
Codice
132
Esperimento
EBLA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Antonello Andreone
Struttura
NAPOLI
2002
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
2,5
Interno
Missioni INFN Napoli - INFN Legnaro e viceversa
Viaggi e missioni
In kEuro
2,5
3,5
Estero
Missioni all'estero
3,5
7,0
Materiale
Consumo
Elio liquido, Connettori microonde
Trasp.e
facch.
7,0
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
15,5
Materiale
Inventariabile
Strumentazione
Costruzione
Apparati
15,5
Totale
28,5
Note:
Mod. EC. 2
2002
Codice
132
Resp. loc.:
Struttura
Esperimento
EBLA
Gruppo
5
Antonello Andreone
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
2002
Codice
132
Esperimento
EBLA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Antonello Andreone
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,5
3,5
7,0
15,5
28,5
TOTALI
2,5
3,5
7,0
15,5
28,5
Note:
Mod. EC. 3
esperimenti.
7a.
2002
Codice
132
Esperimento
EBLA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonello Andreone
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Percentuale
RICERCATORI
P.A.
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
Cognome e Nome
Andreone Antonello
Cassinese Antonio
Palomba Francesco
Salluzzo Marco
Vaglio Ruggiero
Incarichi
P.O.
5
20
Ric
INSTM
B.P.D.
5
20
5
20
AsRic
Univ
5
20
5
20
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
tecnica tecnica
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Percentuale
2002
Codice
132
Esperimento
EBLA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonello Andreone
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
132
Esperimento
EBLA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonello Andreone
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
2002
Codice
132
Esperimento
EBLA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonello Andreone
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Paolo Russo
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
U. Bottigli
Struttura di
appartenenza:
Pisa
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incaricato di Ricerca
e-mail:
Linea di ricerca
Studio di rivelatori per misure di flusso ed energia per controllo sistemi diagnostici e
terapeutici
Laboratorio ove
Sigla dello
dal Laboratorio
Acceleratore usato
Fascio
Interazione radiazione x e gamma con semiconduttori e calorimetri
Processo fisico
studiato
Rivelatori a semiconduttore calorimetro elettromagnetico
utilizzato
all'esperimento
Cagliari - Catania - Lecce - Napoli - Pisa
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
2 anni
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Resp. loc.:
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
Interno
Parziali
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
2,0
2,0
2,0
Estero
Congresso N.S.S.
2,0
Fotomoltiplicatore R5900 (16 Canali)
Metabolismo laboratorio
2,5
2,0
4,5
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz.
Calcolo
apparecchiat.
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Viaggi e missioni
2002
Totale
8,5
Note:
Mod. EC. 2
Codice
170
Resp. loc.:
Esperimento
FLUXEN
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Resp. loc.:
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
2002
TOTALI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2,0
2,0
4,5
8,5
2,0
2,0
4,5
8,5
Note:
Mod. EC. 3
mod.EC/EN 7a.
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
Cognome e Nome
Abate Luigi
Bertolucci Ennio
Mettivier Giovanni
Russo Paolo
Incarichi
Spec.
5
40
5
40
Bors.
5
40
Bors.
5
30
5
30
P.O.
P.A.
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica
Assoc.
tecnica
Percentuale
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
Codice
170
Esperimento
FLUXEN
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Sviluppo nel campo degli strumenti di misura
potenziale
gia' riscontrata
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
in ambito: biomedico
Misuratore del profilo dell'intensità di un fascio di radiazione gamma per radioterapia
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Antonio Ordine
e-mail:
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Antonio Ordine
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Dipendente Tecnologo
e-mail:
Linea di ricerca
GENERALI
Elettronica - Informatica
Laboratorio ove
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
Studio e sviluppo di un nuovo sistema per l'acquisizione dati ed il controllo di apparecchiature
utilizzato
all'esperimento
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Napoli
Silena International Spa, cointestataria del progetto - Legge 297 (v. allegato)
3 anni
B) S C A L A
PERIODO
DEI
TEMPI:
2002
studio del protocollo di cominucazione FAIR via Ethernet 100/1000, realizzazione sistema con
CPU VME PowerPC/LynxOS e test di comunicazione con PC/Linux e SBC PC104/Linux,
realizzazione del driver software per scheda PCI Ethernet 100/1000, su piattaforma SBC
PC104/Linux e PC/Linux ed inizio dei relativi test
2003
realizzazione prototipo del nuovo controllore FAIR/Ethernet 100/1000 equipaggiato con SBC
PC104/Linux, esecuzione dei test, implementazione dei primi driver SBC PC104/FAIR
2004
completamento dello sviluppo del software di sistema per il nuovo controllore, realizzazione
del prototipo finale del controllore ed esecuzione dei relativi test, realizzazione del software per
il controllo del sistema sotto PC/Linux
Mod. EN. 1
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Resp. loc.:
Gruppo
5
Antonio Ordine
Struttura
NAPOLI
2002
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
Schede SBC PC104
Componenti elettronici
Schede PCI Ethernet 10/100/1000
4,0
6,0
3,0
13,0
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
Estero
Viaggi e missioni
Interno
Parziali
Totale
Compet.
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Sistema di sviluppo per SBC PC104/Linux
Switch Ethernet 100/1000
2 PC completi di adeguati display grafici
6,0
10,0
6,0
22,0
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
Totale
35,0
Note:
Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
Per completezza indichiamo il dettaglio relativo alla spesa (quota INFN) prevista per ciascuno dei successivi 2 anni di
durata dell'esperimento.
2° anno
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
Master prototipo controllore versione 0
Attrezzatura per stampa e stampa CS
Componenti elettr. (tra cui quelli per 2 Controllori)
Montaggio di 2 controllori
1 crate VME V430
Rinnovo licenza per sistema di sviluppo per PLD
Trasferte interno
Totale
6
4
4
1
9
3
3
30
3° anno
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Master versione "debuggata" del controllore
Attrezzatura pre stampa e stampa CS
Componenti elettr. per 2 controllori
Montaggio di 2 controllori
Rinnovo licenza per sistema di sviluppo per PLD
Trasferte interno
4
4
3
1
3
3
Totale
18
La legge 297 prevede un finanziamento del MURST che varia tra il 50 e 75 per cento della spesa, sostenuta dall'Ente,
prevista per tutto il periodo di durata del progetto.
La spesa globale prevista, per la componente INFN, finanziamento del MURST compreso, sarà di 212 kEuro, a fronte della
spesa di circa 260 kEuro sostenuta dall'impresa (v. lettera di intenti in allegato FV2_Prop_Silena.pdf).
Le cifre riportate, dunque, rappresentano la quota a carico dell'INFN (escluso il finanziamento MURST), nella previsione
di un contributo medio, da parte del MURST, del 60% della spesa complessiva.
I restanti 129 kEuro (60% - finanziamento del MURST) saranno così ripartiti:
1)
2
contratti
per
2
anni
a
favore
di
personale
con
compiti
di
sviluppo
hardware
e
software
110
2) 1 crate VME V430
9
3) Oscilloscopio digitale a larga banda
10
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
2002
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
35,0
9,0
30,0
18,0
2004
3,0
15,0
TOTALI
6,0
46,0
Mat.
inventar.
22,0
3,0
Mod. EN. 3
Affitti e
manut.
appar.
13,0
2003
Note:
Spese
Calcolo
18,0
31,0
83,0
esperimenti.
7a.
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
2002
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
13,0
22,0
35,0
9,0
30,0
2003
3,0
18,0
2004
3,0
15,0
TOTALI
6,0
46,0
Note:
Mod. EN. 4
18,0
31,0
83,0
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Il programma proposto mira alla realizzazione di un progetto di ricerca industriale e sviluppo precompetitivo, secondo quanto previsto
dalla legge 297, da svolgere in collaborazione con la Silena International SpA. La presentazione dettagliata di tale progetto al
Ministero è in via di elaborazione. Pertanto la presente proposta di esperimento in Commissione V si intende in subjudice
all'approvazione del progetto da parte del MURST.
Il progetto ha durata triennale.
Partendo dal nucleo del sistema FAIR, il programma prevede un lavoro di ricerca e sviluppo che conduca ad una architettura
completamente nuova del sistema pur mantenendone la piena compatibilità con la modulistica di front end FAIR già esistente. Lo
sviluppo, hardware e software, "aggancia" completamente e direttamente FAIR ai più diffusi sistemi commerciali di elaborazione
(PC/Linux) e di trasferimento dati a medie ed alte prestazioni (Ethernet 100/1000). Esso, al contempo, ne elimina la dipendenza dai
sistemi a multiprocessore VME che, comunque destinati all'obsolescenza, ne rappresentano attualmente anche la parte più
costosa, sia dal punto di vista di mantenimento (a causa del "porting" periodico verso nuovi processori), sia dal punto di vista
meramente economico. L'obbiettivo di questo progetto risulta quindi essere particolarmente interessante anche dal punto di vista
industriale, in quanto, previa successiva ingegnerizzazione del sistema così sviluppato, si aprono per esso tutta una serie di
concrete possibilità di impiego, anche fuori dell'ambito della Fisica Sperimentale per l'acquisizione dati e controllo di
apparecchiature. Le nuove potenzialità rese disponibili grazie alla sua ridisegnata architettura, quali l'estrema ulteriore flessibilità,
"scalabilità", compattezza e costi decisamente contenuti, unite al contempo alle mantenute alte prestazioni, rendono il sistema
immediatamente utilizzabile anche in apparati della Fisica Sperimentale con un limitato numero di parametri ed in applicazioni
complete da laboratorio. Molto interessante tra le nuove potenzialità, è inoltre la possibilità di impiego in grandi apparati con front end
distribuito su ampie aree (sin dove arriva la rete!).
Descrizione del programma
Il programma di lavoro prevede, in primo luogo, il ridisegno del protocollo di comunicazione e controllo della interconnessione ad
alto livello e la sua implementazione, quindi la riorganizzazione e realizzazione del software di gestione della elettronica di front end e
della interfaccia utente.
Lo sviluppo hardware riguarderà la realizzazione di un'unica scheda, il controllore locale di sistema, che interfaccerà FAIR a
connessioni Ethernet 100/1000.
Tale scheda sarà equipaggiata con una interfaccia FAIR, una interfaccia Gigabit Ethernet ed un "single board computer" (SBC) in
ambiente Linux. In particolare si sceglierà, almeno per questo ultimo elemento, una versione su standard PC104, uno standard
industriale per applicazioni modulari. Il vantaggio di questa scelta sta ovviamente nella più semplice aggiornabilità di questo
elemento in caso di obsolescenza. In altre parole l'SBC sarà sostituibile, in un futuro, con qualsiasi altro SBC PC104/Linux
disponibile sul mercato.
L'SBC svolgerà tutti i compiti sinora svolti dalle CPU del sistema VME che attualmente rappresenta l'host computer in tutti i sistemi
FAIR operanti sinora realizzati. In pratica l'host computer sarà sostituito da una soluzione "embedded" locale che comunica con la
stazione di controllo, un PC/Linux, via Ethernet 100/1000, quindi con soli dispositivi commerciali di ampia diffusione e costo
contenuto.
La messa in opera di un tale sistema, da parte dell'utenza, non richiederà perciò alcun lavoro di "porting" (nel caso di FAIR non
banale) verso CPU VME disponibili sul mercato al momento di tale operazione. Per la messa in opera saranno sufficienti la nuova
scheda di controllo, il front end ed un PC/Linux con il software per il controllo realizzato, una volta per tutte, nella presente esperienza.
Lo sviluppo vedrà una fase intermedia in cui il sistema a multiprocessore VME (host computer di FAIR) sarà ridotto ad un sistema
VME monoprocessore ma con CPU con prestazioni molto più elevate di quelle nei sistemi FAIR già realizzati ed equipaggiato con
Ethernet 100. Il software sviluppato a tal proposito, in ambiente LynxOS, sarà molto vicino a quello che andrà implementato per la
futura scheda controllore FAIR, e rappresenterà un utile strumento per esplorare diverse soluzioni. Sarà inoltre importante per
consentire, parallelamente, lo sviluppo del software sul PC di controllo remoto, per la possibilità di effettuare i test necessari in
questa fase.
Mod. EN. 5
Pag. 1
2002
Nuovo Esperimento
FV2
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Il progetto prevede il seguente programma triennale:
1° anno
a) test di comunicazione tra CPU PowerPC/LynxOS e PC/Linux;
b) completamento del lavoro di sviluppo del sistema con CPU VME PowerPC/LynxOS;
fase di test e di verifica della efficienza del sistema per eventuali "aggiustamenti"; della distribuzione dei compiti tra stazione di
controllo e sistema VME, che successivamente andrà sostituito con la "soluzione integrata";
c) esecuzione dei primi test con sistema di sviluppo per l'SBC PC104/Linux;
d) realizzazione del driver software per scheda PCI Ethernet 100/1000, sia per la piattaforma SBC PC104/Linux che per quella
PC/Linux ed inizio dei relativi test;
2° anno
a) sviluppo del sistema su SBC (realizzazione dei primi driver per la gestione del sistema FAIR);
b) sviluppo e realizzazione di un primo prototipo di controllore equipaggiato con SBC PC104, interfaccia FAIR ed Ethernet 100/1000;
c) esecuzione dei test;
3° anno
a) completamento dello sviluppo del software di sistema per il controllore;
b) realizzazione di prototipo finale del controllore e relativi test;
c) realizzazione del software per il controllo del sistema sotto PC/Linux.
Mod. EN. 5
Pag. 2
2002
Codice
Esperimento
FV2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
N
1
2
Cognome e Nome
R.U.
3
40
P.A.
3
20
De Cesare Nicola
Vigilante Mariano
Incarichi
N
1
Percentuale
Affer.
al
Dipendenti
Qualifica
TECNOLOGI
Tecn
60
Dipendenti
Cognome e Nome
Ordine Antonio
Incarichi
1,0
,6
Qualifica
TECNICI
N
Mod. EC/EN 7
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
tecnica tecnica
Percentuale
Qualifica
Percentuale
RICERCATORI
2002
Codice
Esperimento
FV2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
FV2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
FV2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
Sviluppo nel campo dei sistemi informatici
potenziale
gia' riscontrata
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
degli strumenti di misura
in ambito:
Il programma proposto mira alla realizzazione di un progetto di ricerca industriale e sviluppo precompetitivo,
secondo quanto previsto dalla legge 297, da svolgere in collaborazione con la Silena International SpA.
Lo sviluppo "aggancia" completamente e direttamente il sistema FAIR ai più diffusi sistemi commerciali di
elaborazione e di trasferimento dati a medie ed alte prestazioni e risulta quindi essere particolarmente
interessante dal punto di vista industriale per le concrete possibilità di impiego, anche fuori dell'ambito della
Fisica Sperimentale, nell'acquisizione dati e controllo di apparecchiature.
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
Esperimento
FV2
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Mod. EC 10
%
2002
Struttura
Codice
Resp. Naz.:
Esperimento
FV2
Gruppo
5
Antonio Ordine
NAPOLI
Data prevista per
il completamento
Descrizione
livello raggiunto
alla data prevista
in %
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
vedi pag.2 mod. EN5
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
Gruppo
FV2
5
Resp.Naz.:
Struttura
Antonio Ordine
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Mod. EC/EN 11a
Numero
Pagine
Data
2002
Nuovo Esperimento
GPCALMA
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Pietro Luigi Indovina
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Ubaldo Bottigli
Struttura di
appartenenza:
Cagliari
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di ricerca
e-mail:
bottigli@uniss,it
Linea di ricerca
Laboratorio ove
GENERALI
Trasferimento in campo senologico di competenze informatiche sviluppate in ambito CERN
con la collaborazione dell'INFN
Napoli
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Analisi e trasferimento di immagini mammografiche in formato digitale con nuovi algoritmi e
con l'ausilio di reti neurali
Digitalizzatori di immagini e reti informatiche
Cagliari, Catania, Napoli, Pisa, Torino
Dipartimento assistenziale di diagnostica per immagini e radioterapia del II° Policlinico
Università Federico II° di Napoli
3 anni
B) S C A L A
PERIODO
Mod. EN. 1
DEI
TEMPI:
2002
Nuovo Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
2002
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
Estero
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
10,0
Interno
Missioni per contatti scientifici tra i vari gruppi del progetto
Viaggi e missioni
In kEuro
10,0
Contatti scientifici con altri gruppi esterni operanti su varie versioni
del CAD
6,0
6,0
2,0
Materiale
Consumo
Materiale di consumo
Trasp.e
facch.
2,0
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
20,0
Materiale
Inventariabile
Acquisto monitor per refertazione ad alta risoluzione
Costruzione
Apparati
20,0
Totale
38,0
Note:
Mod. EN. 2
2002
Struttura
Nuovo Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Gruppo
5
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
10,0
6,0
2,0
20,0
38,0
2003
10,0
6,0
2,0
15,0
33,0
2004
10,0
10,0
2,0
10,0
32,0
TOTALI
30,0
22,0
6,0
45,0
103,0
Note:
Mod. EN. 3
esperimenti.
7a.
2002
Codice
Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
Cognome e Nome
Indovina Pietro Luigi
Lauria Adele
Lauria Francesco
Minicozzi Eliana
Palmiero Rosa
Incarichi
P.O.
Univ.
P.O.
5
50
5
100
5
25
P.A.
5
20
Univ.
1
100
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
tecnica tecnica
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Percentuale
2002
Codice
Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Ricerca e Sviluppo
Interdisciplinare
Elaborazione di immagini mediche e biologiche
Ricerca e Sviluppo
Interdisciplinare
Reti neurali e imagining
Ricerca e Sviluppo
Interdisciplinare
Fisica medica
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
GPCALMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
gia' riscontrata
Il gruppo di Napoli realizzerà per la regione Campania e per altre regioni limitrofe gli obiettivi: OB1, OB2, OB3,
OB4 del progetto GPCALMA. Lo stesso gruppo continuerà a coinvolgere sia in ambito di screening che clinico,
la senologia locale per la utilizzazione delle metodologie CAD mirate ad ottenere la diagnosi di tumori alla
mammella avvalendosi di immagini con microcalcificazioni e/o piccole lesioni massive.
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Nuovo Esperimento
GSC2
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Michelangelo Ambrosio
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Carlo Gustavino
Struttura di
appartenenza:
Laboratori Nazionali
del Gran Sasso
Posizione
nell'I.N.F.N.:
e-mail:
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Acceleratore usato
GENERALI
Ingegnerizzazione di rivelatori a piatti resistivi con elettrodi di vetro
L.N.G.S., CERN, SLAC
Macchine del Cern e di Slac
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Interazione di particelle cariche con rivelatori a gas
Telescopi di RPC
Torino, Milano, Roma1, LNGS, Napoli
Istituzioni esterne
Durata esperimento
2 anni
B) S C A L A
PERIODO
Mod. EN. 1
DEI
TEMPI:
Nuovo Esperimento
GSC2
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Interno
Parziali
Meeting di collaborazione
Missioni presso LNGS
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
4,5
6,5
11,0
Test prototipi al Cern
Estero
9,0
9,0
Gas, raccorderie, materiale di laboratorio, spese varie
Materiale
Consumo
14,0
14,0
Trasporto materiale ai LNGS
Consorzio
Ore CPU
1,5
Spazio Disco
Cassette
1,5
Altro
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz.
Calcolo
apparecchiat.
Trasp.e
facch.
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Viaggi e missioni
2002
Totale
35,5
Note:
Mod. EN. 2
Struttura
Nuovo Esperimento
GSC2
Resp. loc.:
Gruppo
5
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
Nuovo Esperimento
GSC2
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
2002
TOTALI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
11,0
9,0
14,0
1,5
35,5
11,0
9,0
14,0
1,5
35,5
Note:
Mod. EN. 3
mod.EC/EN 7a.
Codice
Esperimento
GSC2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
I Ric
30
Qualifica
Dipendenti
N
1
Cognome e Nome
Ambrosio Michelangelo
Incarichi
2
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Mod. EC/EN 7
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
tecnica
Assoc.
tecnica
Percentuale
Codice
Esperimento
GSC2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
1
2
Denominazione
Officina Meccanica
Servizio Elettronica
mesi-uomo
0.5
0.5
Cognome e Nome
Associazione
Acquafredda Raffaele
Tesi di: laurea
Titolo della Tesi
SI Sviluppo di rivelatori a piatti resistivi RPC
in Fisica
Relatore/Tutore M. Ambrosio, V. Palladino Keywords Rivelatori
Elettronica
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
Resp. loc.:
Struttura
Esperimento
GSC2
Gruppo
5
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
Codice
Esperimento
GSC2
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Sviluppo nel campo dei rivelatori
potenziale
gia' riscontrata
Ricaduta
dei componenti elettronici
in ambito: industriale
di gruppo 2 INFN
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Nuovo Esperimento
MA-BO
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Ruggero Vaglio
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Riccardo Musenich
Struttura di
appartenenza:
Genova
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di ricerca
e-mail:
Linea di ricerca
Laboratorio ove
GENERALI
Cavità superconduttrici
Napoli
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
Proprietà a microonde di film superconduttivi
Network analyzer, Spectrum analyzer, Generatori di segnali a microonde
all'esperimento
Istituzioni esterne
Durata esperimento
B) S C A L A
PERIODO
Mod. EN. 1
DEI
TEMPI:
Nuovo Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
Struttura
NAPOLI
Interno
Estero
Viaggi e missioni
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
riunioni-congressi nazionali
Totale
Compet.
3,0
3,0
5,0
5,0
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
congressi spelacistici/CERN
catodi
substrati
componentistica a microonde
10,0
5,0
10,0
25,0
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz.
Calcolo
apparecchiat.
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
2002
Totale
33,0
Note:
Mod. EN. 2
Struttura
Nuovo Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
Nuovo Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
2002
TOTALI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
3,0
5,0
25,0
33,0
3,0
5,0
25,0
33,0
Note:
Mod. EN. 3
mod.EC/EN 7a.
Codice
Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
NAPOLI
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
P.A.
Qualifica
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
6
7
Cognome e Nome
Andreone Antonello
Cassinese Antonio
De Gennaro Emiliano
Di Capua Roberto
Maglione Grazia
Salluzzo Marco
Vaglio Ruggiero
Incarichi
P.O.
5
20
Ric
INST
Bors.I
5
50
5
40
NFM
Dott.
Univ.
Bors.
5
20
5
40
INFM
AsRic
Univ
5
20
5
20
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica
Assoc.
tecnica
Percentuale
Codice
Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Maglione Grazia
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
laurea
in
Fisica
1812/2000
Titolo della tesi: Effetto della sostituzione del Niodimmio nel bario in composti superconduttivi-Nd-BaCu-O
borsa
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
Codice
Esperimento
MA-BO
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Ruggero Vaglio
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Paolo Russo
Codice
263
Esperimento
MAMA
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Paolo Russo
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incaricato di Ricerca
e-mail:
[email protected]
Rivelatore per imaging digitale biomedico
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Napoli - Pisa
Sigla dello
dal Laboratorio
Acceleratore usato
Raggi x e sorgenti gamma e beta
Fascio
Interazione raggi x e beta con materiale biologico
Processo fisico
studiato
Rivelatore a semiconduttore
utilizzato
all'esperimento
CA - NA -PI
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
2 anni
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
In kEuro
IMPORTI
Interno
Totale
Compet.
2,5
2,5
5,0
Estero
Parziali
test elettronica R/O e software a Cagliari e Pisa
Turni per test wafers c/o Cern e Nikhef
4 Meetings Medipix al CERN (1 persona)
3,5
3,5
7,0
Quota Na-Pi-Ca Common fund CERN Medipix
Chipboards con peltier cooler
Software LabWindows 6
Contributo bump-bonding riv. CZT per Medipix 2
Radiomarcanti beta
Metabolismo Lab.
44,0
2,5
1,5
30,0
,5
2,0
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
80,5
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
Viaggi e missioni
VOCI
DI
SPESA
2002
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Telecamera CCD B/W + ottica per microscopia e autoradiografia
Scheda National Instruments Digital I/O 6533
1,5
2,0
3,5
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
Spese
manutenz. Calcolo
apparecchiat.
Consorzio
Totale
96,0
Note:
Mod. EC. 2
Codice
263
Resp. loc.:
Esperimento
MAMA
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
Codice
263
Esperimento
MAMA
Gruppo
5
Resp. loc.:
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
5,0
7,0
80,5
3,5
96,0
TOTALI
5,0
7,0
80,5
3,5
96,0
Note:
Mod. EC. 3
esperimenti.
mod.EC/EN 7a.
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
A
2002
In kEuro
Struttura
Miss.
interno
Napoli
Cagliari
Pisa
TOTALI
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.
e
Facch.
Spese
Calc.
Affitti e
Manut.
Appar.
Mater.
inventar.
5,0
5,0
5,0
7,0
14,0
12,0
80,5
19,0
9,0
3,5
15,0
33,0
108,5
Note:
Mod. EC. 4
Costruz.
appar.
TOTALE
Compet.
A
carico
di
altri
Enti
3,0
96,0
38,0
29,0
0,0
0,0
0,0
6,5
163,0
0,0
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
2001
Nell'ambito della collaborazione Medipix, la sezione di Napoli è incaricata dello sviluppo del software di acquisizione Medisoft dei
chip Medipix 1 e Medipix 2 . Nel corso del 2001 sono state apportate alcune correzioni al codice Medisoft 3 (Medipix 1) ed è
stata sviluppata la versione 3.2 per il sistema portatile beta-probe per applicazioni autoradiografiche sviluppato in sezione.
Inoltre , per quanto riguarda il chip Medipix 2, è stato realizzato quasi integralmente il codice Medisoft 4.0 per l' acquisizione dei
dati tramite la scheda di interfaccia MUROS 2 sviluppata dal NIKHEF. La mancata disponibilità del chip Medipix 2 (per il quale è
previsto un secondo passaggio in fonderia) non ha permesso il test integrato software-hardware.
Per quanto riguarda le applicazioni autoradiografiche con il sistema BETAview ( Medipix 1) sono stati fatti test applicativi in
collaborazione con biologi, che hanno mostrato il bassissimo livello di rumore, l'elevata sensibilità e le capacità real time del
nuovo sistema, che è pronto (addirittura in una versione portatile e pre-commerciale) per attività di trasferimento tecnologico.
2002
Il chip Medipix 2, uscito dalla fonderia (IBM) nel maggio 2001, avrà bisogno di una modifica e di un ulteriore sottomissione
presumibilmente entro il 2002. Questo fatto ha implicazioni sia sul programma nazionale che su quello locale dell'esperimento
MAMA. Per quanto riguarda la sezione di Napoli l'attività del 2002 sarà centrata su:
a) test del software medisoft 4.0 (singolo chip Medipix 2) con interfaccia seriale di readout MUROS 2 (sviluppata dal NIKHEF)
b) scrittura della versione Medisoft 4.1 (multichip) con interfacccia MURSO 2
c) scrittura della versione Medisoft 4.2 (singolo chip) con interfaccia parallela MAMAboard (Cagliari collab.ne MAMA)
d) applicazioni di autoradiografia beta.
Il gruppo di Napoli intende anche partecipare con il CEA francese e L'ESRF di Grenoble all'interno della collaborazione Medipix
2, ad una iniziativa volta ad effettuare uno studio di fattibilità (presso il CEA/LETI/DOPT) del bump-bonding a Medipix di rivelatori
CdZnTe spessi 1 mm, in particolare per applicazioni di imaging in medicina nucleare.
Anno
Finanziario
In kEuro
Materiale Costruz.
di
e
interno estero
Calcolo Manut.
inventar. apparati
consumo Facch.
Apparec.
TOTALE
2001
7,7
8,8
47,5
1,5
65,5
TOTALE
7,7
8,8
47,5
1,5
65,5
Mod. EC. 5
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
15,0
33,0
108,5
6,5
163,0
TOTALI
15,0
33,0
108,5
6,5
163,0
Note:
Mod. EC. 6
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
6
Cognome e Nome
Abate Luigi
Bertolucci Ennio
Maiorino Marino
Mettivier Giovanni
Russo Paolo
Incarichi
Spec.
5
60
5
60
Bors.
5
30
Bors.
5
60
Bors.
5
70
5
40
P.O.
P.A.
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica tecnica
Percentuale
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
1
1
Cognome e Nome
Associazione
SI Mammografia con tecnica Dual Energy
Sarnelli Anna
Tesi di: laurea
Titolo della Tesi
in Fisica
Relatore/Tutore Russo Paolo
Keywords Ricerca e Sviluppo
Dual Energy, Mammography
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di: laurea
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Sbrizzi Antonello
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
laurea
in
Fisica
Titolo della tesi: I sistemi per mammografia digitale (MAMMOview) e autoradiografia digitale (BETAview)
basati sulla serie di chip Medipix
Keywords imaging digitale
Scogliamiglio Rita
Altro
Medipix chip
SI
laurea
in
Fisica
Titolo della tesi: Il sistema BETAview per autoradiografia diglitale: applicazioni
Keywords autoradiografia digitale
Pecorella Tiziana
Industria informatica TD
Altro
BETAview system
SI
laurea
in
Biologia
Titolo della tesi: Studi di denaturazione del DNA e di reazioni enzimatiche mediante ul sistema
autoradiografico BETAview
Keywords reazioni enzimatiche
non conosciuto
Altro
BETAview system
SI
momentaneamente nessuno
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
potenziale
gia' riscontrata
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sistema di Imaging per beta autoradiografia digitale
potenziale
gia'
riscontrata
in
ambito:
biomedico
Ricaduta
Breve descrizione
Sistema di imaging per mammografia digitale (a cura Sez. Pisa)
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
potenziale
gia' riscontrata
Ricaduta
Breve descrizione
Sistema di imaging per angiografia digitale (a cusa Sez. Cagliari)
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Montesi M.C.
comunicazione
workshop
Autoradiography: detectors and applications
2nd Int. Workshop on Radiation Imaging
Detectors
Freiburg
2-7/7/2000
Calvet D.
comunicazione
A New Read-out System for an Imaging Pixel Detector
Russo P.
comunicazione
Lione
Nuclear Scienze
Symposium
15-20/10/2001
workshop
Response of semi-insulating GaAs detectors to near-infrared picosecond light pulses
Detectors
Freiburg
2-7/7/2000
Russo P.
comunicazione
workshop
Response of semi-insulating GaAs detectors to low energy protons
Detectors
Freiburg
2-7/7/2000
Russo P.
comunicazione
workshop
Characterization of 600-mm-thick Semi-insulating GaAs detectors for medical imaging
Detectors
Freiburg
2-7/7/2000
Montesi C.
comunicazione
BETAview: dymanic autoradiography studies of biological phenomena
Vienna Conference on Instrumentation 2001
Vienna
19-23/2/2001
Mod. EC 10
%
Struttura
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Data prevista per
il completamento
Descrizione
livello raggiunto
alla data prevista
in %
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
31/03/2002
DisponibilitÃ della seconda versione del chip Medipix 2
30/06/2002
Ultimizzazione della versione software Medisoft 4.0prev2001
Mod. EC/EN 11
Codice
263
Esperimento
MAMA
Resp.Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
Russo Paolo
NAPOLI
Responsabile Nazionale, Group Leader in MEDIPIX 2 (Napoli)
Rosso Valeria
PISA
Responsabile Locale
Caria Mario
CAGLIARI
Responsabile Locale, Group Leader in MEDIPIX 2 (Cagliari)
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Mettivier G.
Numero
Characterization of 600-um-thick SI-GaAs detectors for medical imaging
Pagine
Data
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION 466/1
79-86
A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED
Response of semi-insulating GaAs detectors to near-infrared picosecond light pulses
Quattricchi M.G.
2001
GaAs pixel array for beta imaging in medicine and biology
Bertolucci E.
135-144
2001
A-ACCELERATORS SPECTROMETERS
DETECTORS AND ASSOCIATED
Noise and interpixel dead space studies of GaAs pixellated detectors
Abate L.
97-106
2001
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION 458
158-163
Investigation on semi-insulating GaAs detectors using laser induced current pulses
Bertolucci E.
2001
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION 458
2001
Mod. EC/EN 11a
164-168
2002
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Paolo Russo
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Paolo Russo
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Professore Associato
e-mail:
Linea di ricerca
Laboratorio ove
GENERALI
Gestione di grandi archivi di immagini radiografiche con gli strumenti di GRID
Napoli
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Napoli
Istituzioni esterne
Durata esperimento
1 anno
B) S C A L A
PERIODO
2002
Mod. EN. 1
DEI
TEMPI:
Acqiosizione di immagini radiografiche mediante digitalizzazione; realizzazione di due stazioni
di acquisizione/elaborazione e test di trasferimento parziale/totale dell'archivio di immagini su
rete dedicata.
2002
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Resp. loc.:
Gruppo
5
Paolo Russo
Struttura
NAPOLI
2002
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
Viaggi e missioni
Interno
Parziali
Totale
Compet.
2,5
Estero
Convegno Internazionale Digital Mammography
2,5
6,0
Materiale
Consumo
Utenza linea dedicata tra i due server a 2 Mb/s
Trasp.e
facch.
6,0
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
7,5
18,5
Materiale
Inventariabile
Digitalizzatore Scanner
2 Server (640 GB HD)
Costruzione
Apparati
26,0
Totale
34,5
Note:
Mod. EN. 2
2002
Struttura
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Resp. loc.:
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,5
6,0
26,0
34,5
TOTALI
2,5
6,0
26,0
34,5
Note:
Mod. EN. 3
esperimenti.
7a.
2002
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,5
6,0
26,0
34,5
TOTALI
2,5
6,0
26,0
34,5
Note:
Mod. EN. 4
2002
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 1
2002
Nuovo Esperimento
MED-GRID
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 2
Med-Grid
Progetto esplorativo per la gestione di grandi archivi di immagini radiografiche con gli
strumenti di GRID.
Lo scopo dell’esperimento MED-GRID è quello di realizzare uno strumento
hardware/software per il trasferimento di file di grandi dimensioni (rappresentati da
immagini radiografiche digitizzate, tipicamente dell’ordine di 40 MB ognuna) all’interno di
archivi di decine di migliaia di immagini, così come potrebbero realizzarsi in una struttura
medico-diagnostica radiologica. Le immagini radiografiche (in particolare mammografiche
digitalizzate) sono utili sia a scopo didattico (ad esempio il web-teaching in radiologia) sia
soprattutto a scopo di ricerca, quali quelli relativi alle metodiche di Computer Aided
Detection oppure Computer Aided Diagnosis (CAD). la tecnologia Middleware GRID offre la
possibilità sia di gestire calcolo intensivo su un elevato numero di processori distribuiti, che
di gestire grossi archivi di dati centralizzati o distribuiti. L’idea di MED-GRID è di sfruttare
la connettività tra server distribuiti (ciascuno con capacità di memoria dell’ordine delle
diverse centinaia di GB) al fine di poter generare immagini digitalizzate presso le strutture
diagnostiche radiologiche, e di renderle disponibili su altri server in copia parziale o totale,
li dove l’immagine radiologica debba essere visualizzata e utilizzata ( ad esempio, i due
servere potrebbero risiedere uno nella clinica radiologica e l’altro nella clinica medica).
Duplicando in tutto o in parte gli archivi di immagine si potrebbe evitare il problema della
trasmissione on-line al monento dell’ utilizzo di questi grossi files di immagine, perché
l’operazione di trasferimento potrebbe avvenire anche off-line in maniera differita. A
ciascun server di visualizzazione, ovviamente, dovrebbe essere disponibile almeno un
display video di opportune dimensioni (ad esempio 2K x 2K). Viceversa un altro possibile
utilizzo della stessa architettura modulare point-to-point qui proposta potrebbe essere
quella che vede il server di acquisizione di immagini (con capacità di memorizzazione
sempre dell’ordine dei TB) contenere l’archivio centralizzato cui accedere, per queries su
casi specifici, attraverso il server remoto.
Gli strumenti software di GRID per il trasferimento file (in particolare ftp-GRID) non sono
attualmente disponibili, sebbene sia possibile ragionevolmente ipotizzare che anche in una
forma preliminare, essi saranno disponibili entro la fine del 2002. Con questo limite ma
anche con questa prospettiva in mente, Med-GRID si propone, acquisito preliminarmente
l’Hardware dei due server e la possibilità di digitizzare radiografie, di iniziare l’uso di tale
struttura con i sistemi di file transfer esistenti non GRID (AFS e DFS), e di passare al
middleware di networking di GRID disponibile entro la fine del 2002, alla chiusura di
questo progetto esplorativo.
Nelle pagine seguenti è allegata in forma schematica (lucidi presentati in commissione V)
la strutturazione hardware e software del progetto, che prevede in particolare l’affitto di
una linea dati dedicata a 2 Mb/s tra l’ospedale napoletano in cui verranno digitalizzate le
radiografie e il server di gestione ubicato presso il centro di calcolo della sezione di Napoli.
Al personale tecnico di tale centro viene richiesto un supporto pari a 3 mesi uomo nel
corso del 2002.
Med-Grid – software
n
1/6
distribuzione geografica di archivi digitali di immagini
utilizzo di file system distribuiti
nAFS (Andrew File System)
nDFS (Distributed File System)
n
2/6n
AFS
(Andrew File System)
n descrizione
condivisione di file, in un Global Name Space, tra macchine UNIX eterogenee distribuite su reti LAN e WAN;
n
caratteristiche
elevate performance mediante l’utilizzo di cache su server;
nsicurezza (Kerberos e ACL);
nscalabilita’;
nalta disponibilita’ mediante la replicazione dei volumi;
n
3/6n
DFS
(Distributed File System)
n descrizione
permette di raggruppare file e directory sparsi su differenti server Windows 2000/NT in un singolo name
space;
n
caratteristiche
alta disponibilita’ dei file mediante repliche sincronizzate;
nload balancing tra i vari file server;
nsicurezza (tramite autorizzazioni per utenti e gruppi);
nscalabilita’;
n
n
4/6n
GridFtp
n
descrizione
protocollo di trasferimento file FTP-like con funzionalità aggiuntive
n
caratteristiche
trasferimento di file con socket paralleli
ntrasferimenti “parziali” di file
nautenticazione effettuata mediante l’utilizzo di certificati validi sull’intera GRID geografica
n
Med-Grid – hardware
5/6n
File server per lo storage delle immagini
n
configurazione
Pentium III 1000 Mhz dual-processor
nRAM 1 Gbyte
ndoppia scheda ethernet 10/100 Mbit/s
n
scheda video risol. 2048x1536
monitor 24”
n
n
Med-Grid – hardware
n
storage
n
8 hard disk Ultra-ATA 100 80 Gb
controller RAID Ultra-ATA 100
n
n
case
nn
22 alloggiamenti disco
nalimentazione ridondata
n
Med-Grid – scenario
6/6
2002
Codice
Esperimento
MED-GRID
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Percentuale
RICERCATORI
P.A.
30
Dipendenti
N
1
Cognome e Nome
Russo Paolo
Incarichi
5
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Mod. EC/EN 7
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
tecnica tecnica
Percentuale
2002
Codice
Esperimento
MED-GRID
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
MED-GRID
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
MED-GRID
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
Esperimento
MED-GRID
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Mod. EC 10
%
2002
Struttura
Codice
Resp. Naz.:
Esperimento
MED-GRID
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Data prevista per
il completamento
Descrizione
livello raggiunto
alla data prevista
in %
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
MED-GRID
Resp.Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Paolo Russo
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Mod. EC/EN 11a
Numero
Pagine
Data
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Renato Fedele
Codice
295
Esperimento
MQSA
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Mario Conte
Struttura di
appartenenza:
GENOVA
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di ricerca
e-mail:
[email protected]
Fisica degli acceleratori
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Sigla dello
dal Laboratorio
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
Dinamica dello spin, instabilità collettive e fenomeni di coerenza, effetti stocastici, dinamica
delle trappole e.m.
Acceleratori di particelle lineari e circolari, dispositivi di ottica elettronica
utilizzato
all'esperimento
Bari, Genova, Napoli, Padova, Pisa, Salerno
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
3 anni
Codice
295
Esperimento
MQSA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Renato Fedele
Struttura
NAPOLI
Interno
Estero
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Viaggi e missioni
2002
Parziali
Scambi con le Sezioni coinvolte
Partecipazioni a congressi nazionali
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
5,0
5,0
Contatti con istituzioni internazinali
Partecipazione a congressi internazionali
8,0
8,0
1,0
Materiale
Consumo
Acquisto nuove memorie
Trasp.e
facch.
1,0
Affitti e
Spese
manutenz.
Calcolo
apparecchiat.
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
1,0
Materiale
Inventariabile
Acquisto nuovo monitor
Costruzione
Apparati
1,0
Totale
15,0
Note:
Mod. EC. 2
Codice
295
Resp. loc.:
Esperimento
MQSA
Gruppo
5
Renato Fedele
Struttura
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
Codice
295
Esperimento
MQSA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Renato Fedele
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
5,0
8,0
1,0
1,0
15,0
2003
5,0
8,0
2,0
2,0
17,0
10,0
16,0
3,0
3,0
32,0
TOTALI
Note:
Mod. EC. 3
mod.EC/EN 7a..
Codice
295
Esperimento
MQSA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Renato Fedele
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Gruppo
Assoc.
Ricerca
Ruolo Art. 23
Dipendenti
N
1
2
3
4
Cognome e Nome
De Nicola Sergio
Fedele Renato
Galluccio Francesca
Vaccaro Vittorio
Incarichi
CNR
R.U.
Ric
P.O.
5
Qualifica
TECNOLOGI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
30
5
80
5
20
5
20
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
Mod. EC/EN 7
Incarichi
tecnica
Assoc.
tecnica
Percentuale
Codice
295
Esperimento
MQSA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Renato Fedele
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Mod. EC/EN 7a
Keywords
Codice
295
Esperimento
MQSA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Renato Fedele
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Nasti Maurizio
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
laurea
in
Fisica
R. Fedele, V.G. Vaccaro
Titolo della tesi: Il ruolo dell'equazione non lineare di Schodinger nell'elettrodinamica dei plasmi e dei fasci
di particelle cariche
Keywords Descrizioni Quantum-Like
Landau Dampling, acceleratori, fasci carichi
SI
non conosciuto
Altro
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
Codice
295
Esperimento
MQSA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Renato Fedele
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
MQSA
Relazione dell’attività svolta
1. Smorzamento di Landau di luce parzialmente incoerente in mezzi non lineari.
Le ricerche sul damping di Landau per la propagazione delle onde elettromagnetiche nei mezzi non lineari iniziate lo
scorso anno, hanno prodotto reazioni molto positive da parte delle comunità scientifiche che lavorano nell’ambito dei
fenomeni collettivi e non lineari nella fisica degli acceleratori, delle fibre ottiche e della fisica dei plasmi. Sulla base degli
stimoli ricevuti, lo studio è stato indirizzato specificamente alla determinazione di una appropriata equazione cinetica per i
fotoni per formulare una teoria statistica della propagazione della luce nei mezzi non lineari. Questo approccio permette di
descrivere la dinamica ondulatoria di onde elettromagnetiche parzialmente incorenti in un qualunque mezzo non lineare. In
accordo alle nostre precedenti originali predizioni del quantum-like Landau damping, con un diretto approccio “alla
Wigner”, è stato mostrato che: 1) fluttuazioni con fase random conducono al fenomeno del Landau damping il quale può
essere stabilizzante per l’instabilità modulazionale; nel limite dell’approssimazione dell’ottica geometrica, campi d’onda
incoerenti, stazionari e localizzati esistono per una larga classe di mezzi nonlineari.
2. Effetti non lineari nel fluido di Madelung.
È stata svolta una ricerca che ha contribuito ad approfondire la connessione tra la famiglia di soluzioni solitoniche
dell’equazione nonlineare di Schroedinger (NLS) e quella dell’equazione di Kortegwe-de Vries (KdV). Lo studio è stato
realizzato nel contesto della descrizione del fluido di Madelung, descrizione a cui si può ridurre quella di un qualunque
fenomeno fisico governato dall’equazione NLS. Assumendo opportune ipotesi per la velocità di corrente (current velocity),
è stato mostrato che l’equazione NLS per gli stati a profilo stazionario si trasforma in equazioni del tipo KdV. La
principale proprietà mostrata è quella secondo la quale il modulo al quadrato delle soluzioni dell’equazione NLS
corrisponde a una soluzione di un’opportuna equazione KdV, con un preciso legame tra i coefficienti dell’una e dell’altra
equazione. In particolare, in corrispondenza di velocità di corrente costanti o a profilo stazionario, possono essere
determinate due famiglie di solitoni per l’una e per l’altra equazione, rispettivamente. Per quanto riguarda l’equazione
NLS, la prima famiglia contiene inviluppi solitonici la cui ampiezza è indipendente dalla velocità dell’inviluppo che
coincide con il valore costante della velocità di corrente; queste soluzioni giocano il ruolo di stati stazionari non lineari
dell’equazione NLS di tipo cubico. I corrispondenti moduli al quadrato, che si rivelano essere soluzioni di equazioni di
KdV, possono essere sia solitoni dark che bright. La seconda famiglia riguarda inviluppi solitonici i cui moduli al
quadrato corrispondono soltanto a solitoni dark dell’equazione KdV; la loro velocità e la loro ampiezza sono collegate, ma
esistono soltanto per un limitato range di velocità.
3. Teoria del propagatore in ottica elettronica.
Nell’ambito del thermal wave model è stata costruita la teoria del propagatore per l’ottica elettronica in analogia alla
meccanica quantistica. In particolare, con questa descrizione, sono state studiate le proprietà collegate agli integrali del
moto di un fascio di particelle cariche. Questo framework ha permesso di applicare il concetto di propagatore a problemi di
trasporto di fasci di particelle cariche nello spazio delle fasi con l’impiego della quasi-distribuzione di Wigner e di
pervenire a una corrispondente descrizione tomografica con l’uso della funzione di distribuzione marginale.
Attività prevista per i prossimi mesi e per il prossimo anno
a. Smorzamento di Landau in mezzi non lineari. Le ricerche sugli aspetti quantumlike dello smorzamento di Landau
saranno applicati alle situazioni specifiche degli inviluppi d’onda di onde di Langmuir accoppiati alla dinamica di bassa
frequenza delle onde elettroacustiche in plasmi relativistici. Si prevede, tra l’altro, di concentrare il lavoro di ricerca sul
ruolo giocato dalle quasi-particelle nella suddetta dinamica collettiva e nonlineare. Questo studio sarà svolto in
collaborazione con il gruppo di fisca dei plasmi della Ruhr-Universit‹t di Bochum (Germania) diretto dal Prof. P.K.
Shukla.
b. Descrizione quantumlike delle linee di trasmissione. Si cercherà di sviluppare una descrizione di tipo quantumlike
delle linee di trasmissione che sia appropriata per descrivere alcuni fenomeni propagativi in fisica degli acceleratori
specificando l’indice di rifrazione equilavente del mezzo attraverso l’impedenza (trasversa e/o longitudinale) di
accoppiamento. Per fasci di particelle molto intensi ciò implica la dipendenza del suddetto indice di rifrazione dalla
corrente del fascio. Questo studio sarà svolto in collaborazione con i Proff. M.A. Man’ko e V.I. Man’ko del Lebedev
Physical Institute di Mosca (Russia).
Pubblicazioni internazionali
1. R. Fedele and D. Anderson, A quantum-like Landau Damping of an Electromagnetic Wavepacket, J. Opt. B: Quantum
Semicl. Opt. 2, 207 (2000)
2 H. Schamel and R. Fedele, Kinetic Theory of Solitary Waves on Coasting Beams in Synchrotrons, Phys. of Plasmas 7,
3421 (2000)
3 R. Fedele, M.A. Man’ko, and V.I. Man’ko, Charged-Particle Beam Propagator in Wave Electron Optics: Phase Space
and Tomographic Pictures, J. Opt. Soc. Am. A 17, 2506 (2000)
4 D. Jovanovic, R. Fedele, and P.K. Shukla, Vortices in Relativistic Electron Beams, Phys. Rev. E 62, 2782 (2000)
Pubblicazioni di carattere internazionale relative a lavori presentati in conferenze internazionali
1. S. De Nicola, R. Fedele, and V.I. Man’ko, Quantum-like Description of a Dissipative Charged-Particle Fluid in a
Quadrupole, Proc. 6th Int. Conf. on Squeezed States and Uncertainty Relations (ICSSUR’99), Napoli, 24-29 May 1999,
D. Han, Y.S. Kim, and S. Solimeno (ed.s) (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, July 2000)
2. R. Fedele, A. Lebedev, V.I. Man’ko, and L. Palumbo, Can the charged-particle beam diffusion be described in terms
of a diffraction-like process? Proc. 6th Int. Conf. on Squeezed States and Uncertainty Relations (ICSSUR’99), Napoli,
24-29 May 1999, D. Han, Y.S. Kim, and S. Solimeno (ed.s) (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland,
July 2000)
3. D.Anderson, R.Fedele, V.Vaccaro, M.Lisak, A.Berntson and S.Johansson, Coherent instabilities within the thermal
wave model as described by a generalized nonlinear Schrödinger equation, Proc. 6th Int. Conf. on Squeezed States and
Uncertainty Relations (ICSSUR’99), Napoli, 24-29 May 1999, D. Han, Y.S. Kim, and S. Solimeno (ed.s) (NASA
Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, July 2000)
4. R. Fedele, G. Gorini, G. Torelli, and G. Zanello, Quantum-like Description of Charged Particles Traps, Proc. 6th Int.
Conf. on Squeezed States and Uncertainty Relations (ICSSUR’99), Napoli, 24-29 May 1999, D. Han, Y.S. Kim, and S.
Solimeno (ed.s) (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, July 2000)
5. R. Fedele, D. Anderson, and M. Lisak, Role of Landau Damping in the Quantum-Like Theory of Charged-Particle
Beam Dynamics, Proc. of Seventh European Particle Accelerator Conference (EPAC2000), Vienna, Austria, 26-30 June,
2000. Editorial board: J.-L. Laclare, W. Mitaroff, Ch. Petit-Jean-Genaz, J. Poole, and M. Regler (Austrian Academy of
Sciences Press, Vienna, 2000)
6. D. Jovanovic, R. Fedele, and P.K. Shukla, Vortex Formation in Relativistic Electron Beam Transport, Proc. of
Seventh European Particle Accelerator Conference (EPAC2000), Vienna, Austria, 26-30 June, 2000. Editorial board: J.-L.
Laclare, W. Mitaroff, Ch. Petit-Jean-Genaz, J. Poole, and M. Regler (Austrian Academy of Sciences Press, Vienna, 2000)
7. H. Schamel and R. Fedele, Kinetic Theory of Solitary Waves on Coasting Beams in Synchrotrons and Storage Rings,
Proc. of Seventh European Particle Accelerator Conference (EPAC2000), Vienna, Austria, 26-30 June, 2000. Editorial
board: J.-L. Laclare, W. Mitaroff, Ch. Petit-Jean-Genaz, J. Poole, and M. Regler (Austrian Academy of Sciences Press,
Vienna, 2000)
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Luigi Campajola
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Luigi Campajola
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Associazione tecnologica
e-mail:
campajola@na'infn'it
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Acceleratore usato
GENERALI
Potenziamento del laboratorio dell'acceleratore finalizzato allo sviluppo di metodologie
applicative
Acceleratore Napoli
Tandem TTT-3
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Napoli
Istituzioni esterne
Durata esperimento
1 anno
B) S C A L A
PERIODO
Mod. EN. 1
DEI
TEMPI:
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Resp. loc.:
Gruppo
5
Luigi Campajola
Struttura
NAPOLI
VOCI
DI
SPESA
2002
In kEuro
IMPORTI
Totale
Compet.
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
Estero
Viaggi e missioni
Interno
Parziali
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Pompa turbomolecolare
Pompa rotativa
Alimentatore per magnete
Strumenti da vuoto
Valvola Gate
7,5
3,0
5,0
2,0
2,0
19,5
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
Totale
19,5
Note:
Mod. EN. 2
Struttura
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Resp. loc.:
Gruppo
5
Luigi Campajola
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
19,5
19,5
TOTALI
19,5
19,5
Note:
Mod. EN. 3
esperimenti.
mod.EC/EN 7a.
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
19,5
19,5
TOTALI
19,5
19,5
Note:
Mod. EN. 4
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 1
Nuovo Esperimento
NATANDEM
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 2
PROGETTO DI POTENZIAMENTO DEL
LABORATORIO
ACCELERATORE
DI
NAPOLI FINALIZZATO ALLO SVILUPPO
DI METODOLOGIE APPLICATIVE.
NATANDEM
Responsabile: Luigi Campajola
Premessa
Le metodologie cosiddette nucleari hanno assunto negli ultimi anni un ruolo
sempre più importante, grazie anche alla sempre maggiore disponibilità di
tempo macchina presso piccoli e medi acceleratori, sia nell’ambito di ricerche
interdisciplinari e applicate, sia nell’ambito di tecnologie di analisi e di
controllo in vari campi quali ad esempio industriale, culturale, biomedico ed
ambientale. Si tratta, in generale, di tecniche di utilizzo di fasci di particelle
cariche, sviluppate nell’ambito della ricerca di base in fisica nucleare, e una
volta caratterizzate le procedure e le potenzialità, entrate nella pratica di
laboratorio in svariati campi.
In particolare si possono citare come esempio:
• le tecniche di analisi elementale ed isotopica ad altissima sensibilità,
non ottenibile con metodologie convenzionali,
• l’uso di particelle impiantate in materiale di varia natura (stabili o
radioattive), sia per indagine delle caratteristiche dei materiali che
per trattamenti degli stessi allo scopo di produrre modificazioni delle
proprietà,
• le tecniche di caratterizzazione di superfici (rivelatori e più in
generale semiconduttori).
Tutte queste tecniche hanno in comune l’uso di fasci di particelle cariche
prodotti da piccoli acceleratori che hanno raggiunto, dopo una lunga fase di
sperimentazione, un notevole livello di affidabilità.
Presso il Laboratorio dell’Acceleratore del Dipartimento di Scienze Fisiche
dell’Università Federico II di Napoli è da molti anni operante un acceleratore
tandem HVEC TTT3 da 3 MV al terminale, in grado di accelerare protoni e ioni
leggeri. Con esso sono in corso varie attività di ricerca fondamentale e applicata,
anche a carattere interdisciplinare effettuate con finanziamenti INFN e
Dipartimentali. (Attraverso la convenzione INFN – Università “Federico II” di
Napoli, l’INFN supporta il Laboratorio Acceleratore.)
Negli ultimi due anni, dopo l’installazione dell’acceleratore nella nuova sede
del Dipartimento è stato realizzato un notevole potenziamento della facility e si è
inoltre ottenuto un generale miglioramento dell'efficienza delle varie attrezzature
del laboratorio.
Le attuali caratteristiche dell'acceleratore sono:
Un sistema di iniezione dotato di un magnete di preselezione a 35 gradi, due
sorgenti sputtering (una multisample dedicata alle misure di 14C ed una a catodo
singolo, alta brillanza, in grado di fornire una grande varietà di masse, utilizzata
per tutti gli altri scopi). La sorgente ANIS, dedicata alle misure di spettrometria di
massa, è stata dotata di recente di un sistema di preaccelerazione, progettato e
realizzato interamente in laboratorio, basato su di un tubo di accelerazione che
permette un’energia massima finale di 90 keV. Vi è inoltre una sorgente RF in
grado di produrre fasci di particelle alfa, attualmente in fase di modifica per poter
essere utilizzata “in linea” con le altre.
Il generatore di tipo Van de Graaf doppio stadio a cinghia con tensione
massima al terminale di 3 MV e sistema di stripper solidi e gassosi.
Un sistema di analisi costituito da un filtro di velocità posto all'uscita
dell'acceleratore per una prima purificazione dei fasci e da un magnete di analisi a
90 gradi.
Un sistema di trasporto dei fasci costituito da un magnete switching con sette
porte di uscita e da vari elementi di focalizzazione, monitoraggio e controllo dei
fasci. Cinque canali sperimentali provvisti di varie attrezzature (in funzione dei
principali esperimenti programmati) quali: camera di scattering, camera PIXE,
filtro di velocità ad alto fattore di soppressione, camera a ionizzazione a telescopio
ecc. Uno dei canali è attrezzato per la realizzazione di fasci submillimetrici. Nelle
prove preliminari effettuate con protoni da 2 a 5 MeV sono stati prodotti fasci a
bassa divergenza di dimensioni massime trasversali minori di 50 µm E' inoltre
disponibile lungo la linea di fascio successiva all'analisi magnetica una targhetta
gassosa windowless per lo studio di reazioni nucleari a bassissima sezione d'urto.
Sono disponibili fasci di H, He, Li, Be, B, C, N, O. Su specifica richiesta è
possibile sviluppare la produzione di altri fasci ionici fino a massa 27 (Al).
E’ stata inoltre sviluppata negli scorsi anni con successo, la tecnica di
produzione di fasci radioattivi di 7Be, utilizzata per la realizzazione degli
esperimenti NABONA (gruppo III) e NAIMP (gruppo V). Da notare che tale
laboratorio è ancora oggi l’unico in Italia in grado di produrre fasci radioattivi ed è
l’unico al mondo in grado di produrre fasci di 7Be.
Le attività principali all’interno del Laboratorio Acceleratore negli ultimi
anni nel campo delle metodologie applicative sono:
•
•
•
Spettrometria di massa con acceleratore (AMS), utilizzata
essenzialmente per misure di 14C. Tale facility, realizzata in sede
modificando opportunamente il lay-out dell’acceleratore originario,
rappresenta ancora oggi l’unica in Italia per misure di questo tipo e con
essa sono state prodotte, negli ultimi dieci anni misure di 14C in
campo geologico, archeologico, paleoantropologico ed ambientale, in
collaborazione con numerosi enti ed istituzioni nazionali. Sempre in
ambito AMS è stata sviluppata ed è potenzialmente utilizzabile la
tecnica di misura del 10Be, utile per la determinazione dell’esposizione
di rocce ai raggi cosmici (eruzioni vulcaniche, scavi e modificazioni di
rocce attraverso lavorazioni, studi su meteoriti ecc.)
Impiantazione superficiale di ioni in materiali di varia natura.
Questa tecnica è utilizzata sia come strumento di indagine delle
caratteristiche dei materiali che di modificazione di tali caratteristiche
allo scopo di ottenere particolari proprietà. Presso il Laboratorio
dell’Acceleratore è stata sviluppata ed è attualmente in fase di test, una
tecnica di misura dell’usura di superfici a contatto in movimento
relativo, tramite l’impiantazione di ioni 7Be a profondità
predeterminate. Le applicazioni di tale metodo possono essere di
interesse nel settore motoristico, automobilistico, medico, industriale
ecc… E’ inoltre in corso un progetto per lo studio delle modificazioni
delle caratteristiche elettriche di sistemi di potenza a semiconduttore,
in relazione alla variazione del tempo di ricombinazione dei portatori
di carica minoritari indotta dal danno prodotto dall’impiantazione di
ioni, in funzione di energia e dose (di grande interesse nel settore della
componentistica).
Caratterizzazione di strati sottili di materiali superconduttori e
semiconduttori. Vengono eseguite, con l’impiego di tecniche nucleari
non-distruttive (RBS, PIXE, NRA) misure di caratterizzazione
stechiometrica su film sottili di semiconduttori o superconduttori.
•
•
Queste
tecniche consentono, oltre all’analisi composizionale e
all’effettuazione di profili di concentrazione, la misura quantitativa di
elementi in traccia.
Analisi di elementi in traccia in campioni biologici tramite la
tecnica PIXE. Tale attività riguarda lo studio del ruolo di alcuni
elementi presenti in traccia, in stati patologici e fisiologici. Sono state
condotte, con tale tecnica, varie campagne di misura in collaborazione
con alcuni dipartimenti della facoltà di Medicina dell’Università di
Napoli.
Test di rivelatori a semiconduttore con fasci submillimetrici. Sono
utilizzati fasci submillimetrici (< 50 µm) per caratterizzazione
spettroscopica ed elettrica di rivelatori GaAs realizzando scansioni su
matrici 500 µm*500 µm.
La sorgente RF per la produzione di ioni He, nella configurazione precedente
al trasferimento del Laboratorio nella nuova sede era alternativa ad una delle altre
sorgenti su uno dei due canali di ingresso del magnete di preselezione. Per l’uso di
tale sorgente era necessario quindi procedere alla sostituzione di una sorgente con
annesso gruppo di pompaggio. La presenza del nuovo iniettore con
preaccelerazione attualmente impedisce questo tipo di montaggio. La possibilità di
utilizzo di tale sorgente (per la produzio ne di particelle alfa) nel nuovo lay-out è
vincolata alla possibilità di montaggio della sorgente “in linea” e con un proprio
gruppo di pompaggio. A tale scopo è stata già modificata la camera a vuoto del
magnete di preselezione aggiungendo una porta a zero gradi in ingresso. Su questa
porta sarà possibile quindi montare la sorgente RF dotandola di un magnete di
preselezione aggiuntivo (15°) già in dotazione del laboratorio e di un gruppo di
pompaggio autonomo. E' stata inoltre progettata e realizzata una nuova lente
elettrostatica tipo gap-einzel da porre nella linea di fascio di bassa energia per
accordare l’emittanza dell'iniettore nella nuova configurazione con l'accettanza
dell'acceleratore. Si chiede quindi, a tale scopo il finanziamento di un gruppo di
pompaggio completo con strumenti da vuoto e valvola gate e di un alimentatore
per il magnete aggiuntivo per un importo totale di 38 ML.
Da considerare che fasci di particelle alfa che richiedono l’uso della sorgente
RF sono previsti per vari esperimenti programmati ed in particolare:
• SINEC (responsabile E. Perillo), il cui scopo è quello di effettuare test
su mobilità e tempi di volo dei portatori di carica e sull’uniformità
laterale dei dispositivi;
• ATER-BIOR che riguarda misure di inattivazione cellulare su cellule
di diversa radiosensibilità;
• DOSBI il cui obiettivo è la comprensione dei meccanismi che
determinano la formazione delle aberrazioni cromosomiche al fine di
una loro applicazione nella dosimetria biologica;
• CRYDET che propone l’irraggiamento e la caratterizzazione di
dispositivi criogenici direttamente a basse temperature, evitando cioè i
cicli termici necessari per il trasferimento sugli apparati di
caratterizzazione.
descrizione
costo (ML IVA escl.)
n. 1 pompa turbo
n. 1 rotativa
n. 1 aliment. per mag. RF
strumenti da vuoto
n. 1 valvola gate
tot
12
4.6
8
3
3.4
31
tot con IVA
37.2 ML
Pubblicazioni rilevanti nell’ambito delle metodologie applicative
1. L. Campajola, A. Brondi, A. D'Onofrio, G. Gialanella, M. Romano, F.
Terrasi, C. Tuniz, C. Azzi and S. Improta. The italian AMS program:
measurements with the Naples TTT-3 tandem accelerator. Nucl. Instr.
and Meth. in Phys. Res. B29(1987)129.
2. F. Terrasi, L. Campajola, A. Brondi, M. Cipriano, A. D'Onofrio, E.
Fioretto, M. Romano, C. Azzi, F. Bella and C. Tuniz. AMS at the TTT-3
Tandem accelerator in Naples. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res.
B52(1990)259.
3. G. Spadaccini, F. Terrasi, M. Vigilante, L. Campajola and B. Cortese.
Computer automation for control of a small tandem. Nucl. Instr. and
Meth. in Phys. Res. B56(1991)1084.
4. U. Bernini, L. Campajola, M. Conti, A. Del Guerra, L. Di Fiore, A.
Grado, V. Roca, and P. Russo. Fiber-optic proton beam intensity
monitor. Rev. Sci. Instrum. 65 (4), April 1994
5. A. Cinque, C. Rosskopf, D. Barra, L. Campajola, G. Paolillo, M.
Romano. Nuovi dati stratigrafici e cronologici sull'evoluzione recente
della Piana del fiume Alento (Cilento, Campania). Il Quaternario,
Italian Journal of Quaternary Sciences 8(2), 1995,323-338.
6. Terrasi F., Campajola l., D'Onofrio A., Gialanella L., Roca V., Romano
M., Romoli M., Rolfs C., Brand K., Gorris F., Greife U, Schmidt S.,
Schulte W.H., Trautvetter H.P., Zahnow D., Huttel E. The solar
neutrino puzzle and the 7Be(p,g)8B reaction astrophysical factor.
Proc. of the Workshop on Experimental Perspectives with Radioactive
Nuclear Beams. Padova, 14-16 Novembre 1994.
7. G. Orsi, M. Piochi, L. Campajola, A. D'Onofrio, L. Gialanella and F.
Terrasi. 14C geocronological constraints for the volcanic history of
the island of Ischia (Italy) over the last 5000 years. Journal of
Volcanology and Geothermal Research 71 (1996) 249-257.
8. C. Albore Livadie, L. Campajola, A. D'Onofrio, R.K. Moniot, F.
Petrazzuolo,
V.
Roca,
F.
Russo,
M.
Romano,
F.
Terrasi.
Geoarcheological evidence of the adverse impact of the eruption SommaVesuvius "Avellino Pumices" on Old Bronze Age sites in the Campania
region (southern Italy). Hommes et Volcans dans la Prehistoire –
Quaternaire. In corso di stampa.
9. L. Campajola, L. Gialanella, K. Brand, A. D'Onofrio, U. Greife, E.
Huttel, R. Kubat, G. Oliviero, H. Rebel, V. Roca, C. Rolfs, M. Romano,
M. Romoli, S. Schmidt, W.H. Schulte, F. Strieder, F. Terrasi, H.P.
Trauttvetter, D. Zahnow. Production of an 8.0 MeV 7Be ion beam at the
Naples TTT-3 accelerator. Zeitschrift fur Physik A. 356, 107 (1996).
10.
P. Russo, L. Campajola, C. Carpentieri, E. Bertolucci. Response
of semi-insulating GaAs detectors to low energy protons. Nucl. Instr.
and Meth. in Phys. Res. In corso di stampa.
2002
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Giovanni Paternoster
Codice
344
Esperimento
ONDA
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
e-mail:
[email protected]
Metodologie Fisiche per i Beni Culturali
Linea di ricerca
Laboratorio ove
NAPOLI - ROMA - MUSEI E SITI ARCHEOLOGICI
Sigla dello
dal Laboratorio
Sorgenti X
Acceleratore usato
Raggi X
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Analisi in Fluorescenza X (XRF), Fluorescenza X in riflessione Totale (TXRF), Indagini nel
vicino infrarosso (NIR) e nell'ultravioletto(VUV). Applicazione ai dipinti murali di epoca romana:
Pompei, Museo Arc. Naz. di Napoli, Roma ed altri siti della Campania e del Lazio.
Apparato portatile per XRF ed apparato fisso per analisi in TXRF
Apparati NIR e VUV portatili
Sistemi di acquisizione ed analisi dati
NAPOLI - LNF
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
Due anni
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
2002
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
2,5
Interno
Collaborazione NA-ROMA e Test sul campo
2,5
Estero
Viaggi e missioni
In kEuro
5,5
Materiale
Consumo
Meccanica, chimica e consumo vario
Trasp.e
facch.
5,5
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Materiale
Inventariabile
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
Tubo X con anodo di Ti da collegare al generatore già acquistato
Rivelatore stato solido raffreddato Peltier tipo PIN o SDD di
5mm2/ 500um/170 eV oppure >5mm2/300um/140eV
6,5
15,5
22,0
4,0
Costruzione
Apparati
Meccanica di precisione ed upgrade stazione mobile
4,0
Totale
34,0
Note:
Mod. EC. 2
2002
Codice
344
Resp. loc.:
Struttura
Esperimento
ONDA
Gruppo
5
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,5
5,5
22,0
4,0
34,0
TOTALI
2,5
5,5
22,0
4,0
34,0
Note:
esperimenti.
7a.
Mod. EC. 3
2002
Codice
Esperimento
Gruppo
344
ONDA
5
Resp. Naz.:
Struttura
NAPOLI
A
2002
In kEuro
Struttura
Miss.
interno
Napoli
LNF
TOTALI
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.
e
Facch.
Spese
Calc.
Affitti e
Manut.
Appar.
Mater.
inventar.
Costruz.
appar.
TOTALE
Compet.
A
carico
di
altri
Enti
2,5
2,5
5,5
2,5
22,0
8,0
4,0
8,0
34,0
21,0
0,0
0,0
5,0
8,0
30,0
12,0
55,0
0,0
Note:
Mod. EC. 4
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
A) ATTIVITA’ SVOLTA NELL’ANNO 2001
L'esperimento è stato finanziato nel corso del 2000; a fine anno erano stati acquistati gli elementi per lo spettrometro XRF, tranne
le lenti di focalizzazione; nei primi sei mesi del 2001 è stato assemblato lo spettrometro e fatta una serie di test in laboratorio su
pigmenti di Pompei e frammenti di affreschi. A partire da luglio saranno effettuate misure sia nel Lazio sia in Campania su dipinti
murali di interesse.
Per la parte di spettroscopia ottica, l'esperimento è stato finanziato solo nel 2001; è in fase di acquisto ed assemblaggio il
sistema telecamera-obiettivi-catena elettronica e software. A partire da settembre-ottobre si prevede di eseguire le misure
complete e definitive sul campo. Seguirà analisi dei dati e pubblicazione risultati.
Circa le guide di luce per raggi X, sul mercato non abbiamo ancora trovato un sistema adatto al nostro apparato,ovvero di nostra
piena soddisfazione.
B) ATTIVITA’ PREVISTA PER L’ANNO 2002
Considerando che l'esperimento è stato finanziato in corso d'anno (2000) e l'apparato è stato realizzato ex-novo, abbiamo avuto
alcuni ritardi nell'acquisizione del materiale, come da consuntivo primo trimestre 2001. Ciò ci farà slittare il termine del lavoro ai
primi mesi del 2002, non oltre, comunque, il 31 marzo. Inoltre, sebbene i primi test forniscono i risultati attesi, pensiamo che
l'esperimento possa essere completato al meglio, raffinando l'analisi XRF a bassa energia e la spettroscopia nel visibile. Infatti
negli ultimi anni si sono sviluppati tubi X e rivelatori in grado di affrontare al meglio l'indagine sugli elementi leggeri, per cui
riteniamo indispensabile dotare in nostro sistema di tali nuovi strumenti. D'altra parte, già nella proposta presentata a suo tempo
ponemmo l'accento sulla necessità di dotarci di un secondo tubo X. Chiediamo pertanto il prolungamento di un anno
dell'esperimento per realizzare l'upgrade dello spettrometro XRF per misure a bassa energia (elementi leggeri) e la messa a
punto della spettroscopia ottica nel visibile. Ciò ci permetterà di riconoscere i pigmenti adoperati, e quindi l'importanza dei dipinti,
e confrontare le tecniche di realizzazione di dipinti di diversa provenienza.
Anno
Finanziario
Materiale
di
e
interno estero
Calcolo Manut.
inventar.
consumo Facch.
Apparec.
Costruz.
apparati
In kEuro
TOTALE
2000
1,5
3,6
10,3
15,4
2001
2,6
8,3
8,3
19,2
4,1
11,9
18,6
34,6
TOTALE
Mod. EC. 5
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. Naz.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
5,0
8,0
30,0
12,0
55,0
TOTALI
5,0
8,0
30,0
12,0
55,0
Note:
Mod. EC. 6
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Dipendenti
N
1
2
3
4
Cognome e Nome
Bloisi Francesco
Paternoster Giovanni
Rinzivillo Raffaele
Vicari Luciano
Incarichi
R.U.
5
20
P.A.
5
100
P.O.
5
100
P.A.
5
20
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
tecnica tecnica
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Percentuale
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Sorrentino Carlo
Tesi di: laurea
Titolo della Tesi
SI Sviluppo di uno spettrometro XRF portatile per lo studio dei dipinti murali
in Fisica
Relatore/Tutore Paternoster
Keywords XRF
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
XRF
ND Analyses
Portable apparatus
XRF
Optics Spectroscopy
ND Analyses
Portable apparatus
Mod. EC 8
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Mod. EC 10
%
2002
Struttura
Codice
344
Esperimento
ONDA
Resp. Naz.:
Gruppo
5
NAPOLI
livello raggiunto
alla data prevista
in %
Data prevista per
il completamento
Descrizione
30-06-2001
Progetto, cotruzione e primi test stazione mobile XRF
30-09-2001
Acquisto ed assemblaggio guide di luce per raggi X
31-12-2001
Messa a punto stazione mobile integrata con apparati per indagini spettroscopiche. Test definitivi sul
campo.
90
10
60
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Circa il primo punto, per ritardi nella concessione dell'autorizzazione al trasporto del generatore X, da parte dell'esperto qualificato, abbiamo dovuto
rimandare di un mese circa le misure sul campo. Esse saranno effettuate entro luglio.
Per quanto riguarda la guida di luce, non vi sono sul mercato sistemi ottimizzati per il nostro apparato; stiamo cercando una collaborazione per
sviluppare un sistema ad hoc.
La parte di spettroscopia è partita in ritardo (finanziata nel 2001), ma sta rapidamente recuperando. Pensiamo di fare i primi test completi già alla fine di
settembre.
Data completamento
Descrizione
31-03-2002
Ottimizzazione stazione XRF. Analisi finale dati prima parte esperimento ONDA. Pubblicazione risultati.
30-06-2002
Upgrade stazione XRF e spettroscopia ottica. Test in laboratorio, primi test sul campo.
31-12-2002
Completamento misure sul campo, analisi dati e pubblicazione risultati.
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
Gruppo
344
ONDA
5
Resp.Naz.:
Struttura
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Ferruccio Petrucci
PierAndrea Mandò
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Mod. EC/EN 11a
Numero
Pagine
Data
2002
Nuovo Esperimento
SINEC
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Eugenio Perillo
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Eugenio Perillo
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di Associazione
e-mail:
perillo@na,infn,it
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Rivelazione raggi X e gamma con rivelatori operanti a temperatura ambiente
Napoli-Bologna-Lecce-eV Products Saxonburg
Laser N2+dye - Sorgenti X e Gamma - Acceleratore TTT-3 di Napoli
Raggi X e Gamma, Protoni e ioni 4He di varia energia
Sviluppo di rivelatori modulari al CdZnTe per raggi X e gamma con 10 keV<1Mev, caratterizzati
da elevate prestazioni spettroscopiche, ottenute prevalentemente con nuove configurazioni
elettrodiche, adatti alla realizzazione di array per applicazioni spaziali e radiologiche
Laboratori di crescita, caratterizzazione dei materiali e deposizione contatti - Reattore
epitassiale appositamente progettato per deposizione di CdZnTe - Sistemi di controllo
spettroscopico e di uniformità planare - Elettronica dedicata - Sistemi di acquisizione
BO, LE, NA
CNR/TESRE-Bologna; CNR/IME-Lecce; eV PRODUCTS-Saxonburg-PA-USA
3 Anni
B) S C A L A
PERIODO
GENERALI
DEI
TEMPI:
2002
Simulazioni e Modellizzazioni-Produzione di vari rivelatori planari singoli, ottenuti da cristalli
bulk, con diverse geometrie di contatti-Test comparativi sulle caratteristiche spettroscopiche e
sull'uniformità planare-Prime deposizioni epitassiali di CdZnTe con il reattore appositamente
realizzato-Sviluppo delle tecniche di contattazione su materiale bulk fornito dalla eV Products.
2003
Simulazioni e Modellizzazioni-Realizzazione di rivelatori in configurazione back-to-back con
diverse geometrie di contatti-Studio di caratteristiche spettroscopiche e di unformità
planare-Realizzazione di array lineari-Progetto e costruzione del Collimatore-Produzione di
rivelatori planari di CdZnTe di vario spessore, cresciuti epitassialmente
2004
Realizzazione di array lineari e bidimensionali di rivelatori bulk con geometrie dei contatti
ottimizzate per applicazioni spaziali e medicali-Assemblaggio multirivelatori-Test
spettroscopici e di uniformità di risposta-Realizzazione di rivelatori con anodo a microstrip su
materiale epitassiale-Determinazione della risoluzione energetica e della sensibilità spaziale
con elettronica ottimizzata-Caratterizzazione finale dei rivelatori studiati e della loro conformità
Mod. EN. 1
2002
Nuovo Esperimento
SINEC
Resp. loc.:
Gruppo
5
Eugenio Perillo
Struttura
NAPOLI
Interno
Estero
Viaggi e missioni
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
3 viaggi + 10 gg.uomo a Bologna e Lecce per contatti e test
in comune
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
2,0
2,0
1 viaggio + 6 gg.uomo a Saxonburg per contatti e test in comune
Partecipazione a Conferenza Internazionale
3,0
2,0
5,0
Gas di flussaggio, coloranti per laser
Supporti ceramici per rivelatori, maschere
Elettronica di front-end e di processing
1,5
3,5
3,0
8,0
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
2002
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
10,0
Materiale
Inventariabile
Tavola bidimensionale computerizzata
con movimenti micrometrici
Costruzione
Apparati
10,0
Totale
25,0
Note:
Mod. EN. 2
2002
Struttura
Nuovo Esperimento
SINEC
Resp. loc.:
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
SINEC
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
2,0
5,0
8,0
10,0
25,0
2003
2,0
6,0
6,0
6,0
20,0
2004
2,0
6,0
6,0
6,0
20,0
TOTALI
6,0
17,0
20,0
22,0
65,0
Note:
Mod. EN. 3
esperimenti.
7a.
2002
Nuovo Esperimento
SINEC
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
6,5
11,0
30,5
27,0
75,0
2003
8,0
12,5
33,5
6,0
60,0
2004
8,0
12,5
33,5
6,0
60,0
TOTALI
22,5
36,0
97,5
39,0
195,0
Note:
Mod. EN. 4
2002
Nuovo Esperimento
SINEC
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
VEDI ALLEGATO
Mod. EN. 5
Pag. 1
2002
Nuovo Esperimento
SINEC
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 2
PROPOSTA DELL' ESPERIMENTO SINEC
Spectroscopic Improvements by Novel Electrode Configurations
SVILUPPO DI RIVELATORI MODULARI AL CdZnTe PER RAGGI X E GAMMA
CON 10 keV = Ex = 1 MeV, CARATTERIZZATI DA ELEVATE PRESTAZIONI
SPETTROSCOPICHE,
OTTENUTE
PREVALENTEMENTE
CON
NUOVE
CONFIGURAZIONI ELETTRODICHE, ADATTI ALLA REALIZZAZIONE DI ARRAY
PER APPLICAZIONI SPAZIALI E RADIOLOGICHE.
PROPONENTI:
INFN-Sezione di NAPOLI
E. Perillo
(Responsabile)
G. Spadaccini
50%
50%
INFN - Sezione di BOLOGNA
N. Auricchio
E. Caroli
W. Dusi
40%
20%
30%
INFN - Sezione di LECCE
N. Lovergine
A. M. Mancini
C. Todisco (tecnico)
30%
30%
30%
Istituto TESRE/CNR- BOLOGNA
G. Ventura
A. Donati(tecnico)
G. Landini "
(con proprio budget)
Istituto IME/CNR - LECCE
A. Cola
P. Prete
F. Quaranta
eV PRODUCTS - Saxonburg - PA - USA
K. B. Parnham
C. Szeles
PREMESSA
La rivelazione di radiazione X e gamma di energia compresa tra qualche keV e ˜ 1 MeV con
buona risoluzione spaziale, alta efficienza (>90%) ed elevata risoluzione energetica è un problema
rilevante sia nel campo della ricerca fondamentale (Fisica Atomica e Nucleare ), sia in numerose
applicazioni radiologiche (ad es. mammografia digitale, angiografia digitale, tomografia,
cristallografia etc.) ed in Astrofisica per lo studio di sorgenti cosmiche di radiazione.
Si è perciò sviluppata negli ultimi anni una classe di rivelatori basati su semiconduttori composti,
come CdTe, CdZnTe, GaAs e HgI 2 , di elevato numero atomico medio e con bandgap
sufficientemente elevata da renderli operativi anche a temperatura ambiente, superando così i
complessi problemi connessi con il raffreddamento dei rivelatori e i conseguenti ingombri
meccanici.
A fronte di questo, i materiali citati presentano però mobilità molto ridotte e vite medie dei
portatori di carica decisamente inferiori, se confrontate con quelle del Si e del Ge; di conseguenza,
buone risoluzioni spettroscopiche possono ottenersi con spessori di rivelazione al massimo
dell'ordine di qualche mm; per spessori maggiori il degrado delle prestazioni spettroscopiche è tale
da rendere i rivelatori inutilizzabili per molte applicazioni. Anche limitandosi a spessori ridotti, le
prestazioni sono fortemente dipendenti dalla profondità di interazione, data la elevata differenza di
mobilità tra gli elettroni e le lacune. Si sono quindi sviluppati un certo numero di metodi tesi al
miglioramento delle prestazioni spettroscopiche di rivelatori basati su questi materiali. I proponenti
del presente esperimento sono, da tempi più o meno lunghi ed in diverse maniere, impegnati in
programmi di questo tipo, sostanzialmente tesi alla produzione di rivelatori e di array ottimizzati per
impiego nella Astrofisica dei raggi X e nelle applicazioni medicali.
In particolare, nello svolgimento dell'esperimento SIRTOD, ancora in corso, si sono raggiunti i
seguenti risultati su rivelatori al CdTe:
1. Sono state individuate, per rivelatori bulk di vario spessore, regioni di spettroscopia ottimale
spesse 0.40 - 0.45 mm, collocate a partire da distanze di ˜ 50 µm dal catodo. Lo spessore
(distanza interelettrodica) ottimale dei rivelatori è risultato di 1 mm, perché si ottengono:
• Massima profondità della zona di spettroscopia ottimale;
• Più elevato rapporto tra questa profondità e la distanza interelettrodica.
Questi fattori sono rilevanti in geometria di irradiazione Planar Parallel Field (PPF), cioè con la
direzione di irradiazione parallela al campo elettrico raccoglitore, ed ancor più in geometria
Parallel Trans fer Field (PTF), cioè con la direzione di irradiazione perpendicolare al campo
elettrico raccoglitore.
2. E' stata realizzata una configurazione a rivelatori accoppiati (back-to-back), con anodo
comune, che può essere irradiata sia in PPF che in PTF (vedi figura 1), che consente:
• Sostanziale equivalenza delle prestazioni spettroscopiche rispetto ai rivelatori singoli
componenti, tranne che alle basse energie (maggiori capacità elettriche e correnti di leakage);
• Riduzione di un fattore 2 dell'elettronica richiesta, a parità di aree esposte, in PTF, o di
spessori di assorbimento, in PPF;
• Duplicazione delle regioni di spettroscopia ottimale, a parità di aree esposte, in PTF.
3. Per rivelatori al CdTe di spessori fino a 2 mm la tecnica di miglioramento spettroscopic o
basata sull'impiego di elettrodi segmentati (coplanar grid) si è rivelata inefficace per energie
minori di ~ 100 keV. Si è pertanto reso necessario pensare a geometrie alternative degli
elettrodi; simulazioni in tal senso sono già state eseguite (v. fig.2) ed hanno mostrato
significativi miglioramenti rispetto alla configurazione planare classica, ad elettrodi pieni.
Queste simulazioni costituiscono la base di partenza per la presente proposta di esperimento.
4. Sono stati prodotti per deposizione epitassia le film di CdTe su substrati di GaAs, sia isolanti,
sia n+,con ottime qualità cristallografiche. Caratterizzazioni X ed elettriche e misure di
catodoluminescenza hanno mostrato la presenza nei film di atomi provenienti dal substrato. E’
stata trovata ed investigata una dipendenza della velocità di crescita e delle proprietà elettriche
dalla stechiometria delle polveri di partenza. Proprio la non affidabilità delle indicazioni
stechiometriche fornite dalle aziende produttrici del materiale di partenza, unita ad alcuni
problemi nella fabbricazione del nuovo reattore epitassiale necessario per ottenere spessori
maggiori di CdTe, è stata la causa del ritardo incontrato da questa parte del progetto. Si è reso
necessario stabilire collaborazioni con il CNR/Maspec e con Venezia Tecnologie -ex TEMAV
Fig. 1. Schematic drawing of the back-to-back
device: a) irradiated in the PPF configuration; b)
irradiated in the PTF configuration.
che sono in grado di fornire polveri di CdTe
con elevata riproducibilità stechiometrica.
La produzione di film più spessi di CdTe,
adatti per realizzare rivelatori epitassiali, è
stata lasciata come parte conclusiva del
programma (SIRTOD) attualmente in corso;
mentre si è preferito scorporare la parte che
riguarda le deposizioni del composto
ternario (CdZnTe) ed inserirla in un
programma organico tutto incentrato sulla
realizzazione di rivelatori basati su questo
materiale, come previsto nella presente
proposta di esperimento. A questo scopo il
nuovo reattore epitassiale (a cui l'INFN ha
significativamente contribuito) è stato
riprogettato
per
permettere
anche
deposizioni del composto ternario ed è stato
realizzato, includendo alcune parti molto
innovative, (camera di reazione di quarzo,
precamere di caricamento e di scarico,
flange, armadio aspirato di contenimento,
etc.) in questa versione.
5. Su materiale bulk di CdZnTe prodotto a Strasburgo sono stati realizzati alcuni rivelatori
mediante deposizione di contatti di Au e Pt utilizzando nuove tecniche di etching sviluppate al
CNR/IME di Lecce. Questi contatti hanno mostrato tuttavia correnti di fuga ancora troppo
elevate; pertanto sono attualmente allo studio tecniche alternative che saranno provate sia su
CdTe che su CdZnTe.
6.
E' stato sviluppato presso il Politecnico di Milano un innovativo ASIC a 16 canali
comprendente ciascuno l’elettronica di front-end e la prima parte dell’elettronica di
processing, con consumi estremamente limitati (850 µW per linea); quindi particolarmente
idonei per applicazioni spaziali e adattati alle alte capacità elettriche che caratterizzano i
rivelatori epitassiali, più sottili di quelli bulk tradizionali.
OBIETTIVI DEL PROGRAMMA
Il progetto si propone di migliorare le prestazioni dei rivelatori di CdZnTe in modo tale da
associare all’alta efficienza tipica di questi materiali una buona risoluzione spettroscopica e di
assemblarli in configurazioni (ad es. back-to-back) che massimizzino le aree attive di rivelazione e
minimizzino la quantità di elettronica ed il consumo di potenza. L'obiettivo finale è la costruzione
di array mono-dimensionali da impiegare come moduli base per la realizzazione di:
1.
piccoli array bi-dimensionali utilizzabili come rivelatori del pia no focale di concentratori
di raggi X;
2.
rivelatori di grande area da utilizzare con maschere codificate in esperimenti spaziali di X
e Gamma astronomia (ricerca di sorgenti cosmiche di radiazione).
Questi rivelatori dovrebbero permettere inoltre di soddisfare alcune esigenza tipiche dell’impiego
radiologico quali: elevato count rate e buona risoluzione spaziale.
(a)
1D
CATEST
STRIP
MSTRIP
y
x
(b)
(c)
counts (a.u.)
counts (a.u.)
counts (a.u.)
counts (a.u.)
(d)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
collected charge (norm.)
Fig.2 (a): Sections of detector configurations investigated in this work; cathode is on the left
and anode is on the right; (b) maps of the local induced charge; the gray scale from black to
white corresponds to values from -0.01 to 0.04 Coulomb Volt; (c) maps of the local charge
collection efficiency (LCCE); (d) histograms of LCCE.
Tali obiettivi verranno perseguiti operando su due distinte direttrici:
1. Migliorare la raccolta dei portatori di carica mediante l'impiego di particolari geometrie di
elettrodi che sfruttino al meglio lo small pixel effect e la raccolta di portatori di carica di un
solo segno, per il quale il CdZnTe è il materiale più adatto. Partendo da materiale bulk, che si
può ottenere con dimensioni di alcuni cm, si potrebbero così realizzare dei rivelatori
particolarmente adatti alla costruzione di array di grande area, da irraggiare in geometria PTF.
Questa configurazione risulterebbe particolarmente adatta per i raggi X e Gamma di energia
più elevata, nell'ambito dell'intervallo considerato, perché sarebbe possibile scegliere
liberamente gli spessori di assorbimento in funzione dell’energia dei fotoni in uso, mentre i
pixel, di dimensione non molto piccola (2 mm x 2 mm), renderebbero non troppo penalizzanti
gli effetti della diffusione Compton sulle capacità spettroscopiche dei dispositivi.
2. Sviluppare opportunamente sia le tecniche di deposizione epitassiale di cristalli semiconduttori
di CdZnTe, al fine di migliorare le caratteristiche chimico-cristalline (stechiometria,
omogeneità, regolarità reticolare) ed elettriche (resistività, mobilità e vite medie dei portatori
di carica), sia le tecniche di deposizione dei contatti, per produrre rivelatori con distanze
interelettrodiche inferiori a 0.5 mm, utilizzabili sia in irradiazione PTF (array a pixel ridotti,
con risoluzione spaziale più spinta) o in irradiazione PPF, con anodi pixellati, come rivelatori
per il piano focale di sistemi concentratori per raggi X di bassa energia.
La scelta del CdZnTe come materiale di base per i rivelatori deriva dal fatto che questo materiale
presenta resistività più elevate rispetto al CdTe, consentendo l'impiego di campi elettrici di raccolta
notevolmente più intensi, con deciso miglioramento delle qualità di raccolta di carica, e inoltre il
rapporto tra la mobilità degli elettroni e quella delle lacune è maggiore che nel CdTe, consentendo
un più facile e proficuo impiego delle tecniche di miglioramento spettroscopico basate sulla one
carrier collection, che tendono a minimizzare il contributo delle lacune al segnale raccolto.
Dopo l'esperienza effettuata per la prima volta con il CdTe, anche la realizzazione di rivelatori
basati su cristalli di CdZnTe cresciuti con la tecnica epitassiale costituisce una innovazione molto
attraente e potrebbe rappresentare, per rivelatori sottili, una valida alternativa, tutta italiana, alla
tecnica maggiormente utilizzata (High Pressure Bridgman-HPB) per la crescita di questo materiale
detector grade, cioè con elevata purezza ed assenza di trappole.
PROGRAMMA
1) SVILUPPO DI NUOVE GEOMETRIE DI ELETTRODI
Le prove effettuate su rivelatori al CdTe di spessore 2 mm con elettrodi segmentati (coplanar
grid) hanno mostrato che questa tecnica di miglioramento spettroscopico è inefficace per energie
minori di ~ 100 keV. Questo risultato, peraltro in linea con analoghe osservazioni di altri gruppi
effettuate su rivelatori al CdZnTe, ha reso necessario pensare a geometrie alternative degli elettrodi;
ancora basate sullo small pixel effect e quindi sulla tecnica one carrier collection per la raccolta del
segnale. Questa tecnica è infatti ancor meglio utilizzabile su rivelatori al CdZnTe, rispetto a quelli
al CdTe, perché il rapporto più elevato tra le mobilità degli elettroni e quella delle lacune fa sì che la
componente del segnale dovuta a queste ultime possa essere facilmente resa trascurabile. Le nuove
geometrie studiate apporteranno anche una notevole semplificazione all'elettronica di lettura,
rispetto a quelle basate sull'impiego degli anodi a griglie complanari, perché non sarà più necessario
effettuare la sottrazione dei segnali provenienti dai due anodi complanari per ottenere
l'informazione energetica con buona risoluzione.
Simulazioni in tal senso sono già state eseguite (v. fig.2) per alcune configurazioni di elettrodi
ritenute rilevanti e realizzabili senza eccessiva difficoltà; altre saranno studiate attraverso le
simulazioni (effettuate per la maggior parte presso il CNR/IME di Lecce).
Inoltre, proseguiranno in collaborazione tra Bologna e Napoli gli studi per la realizzazione di
rivelatori accoppiati (back-to-back), nell'intento di minimizzare gli strati morti dovuti ai collanti
utilizzati e di ottimizzare i collegamenti per ridurre le capacità parassite. Saranno quindi realizzati
insiemi di rivelatori back-to-back che saranno sottoposti al rituale insieme di test descritti di seguito
e quindi collocati in array, tipicamente predisposti per irradiazioni PTF.
La crescita dei cristalli massivi con la tradizionale tecnica di crescita (HPB) e la realizzazione dei
rivelatori saranno compito della eV PRODUCTS, che vi provvederà con il proprio budget e le
proprie attrezzature; parte delle maschere e dei supporti ceramici sarà fatta sviluppare a cura del
gruppo di Napoli. Materiale bulk sarà inoltre fornito ai ricercatori del CNR/IME per la deposizione
di contatti con le stesse tecnologie usate per i rivelatori di tipo epitassiale, per consentire un
confronto più accurato delle prestazioni ottenute dai diversi dispositivi.
I rivelatori singoli così prodotti e, una volta disponibili, quelli ottenuti con materiale epitassiale
prodotto a Lecce, saranno sottoposti ad una serie di test, con l'intento di determinare la
configurazione ottimale sia per irraggiamenti PPF che PTF.
Test di uniformità del campo elettrico interno, tramite l'effetto Pockels, saranno eseguiti al
CNR/IME di Lecce.
Test spettroscopici, concernenti il comportamento del rivelatore irradiato da raggi X di varia
energia sotto diverse condizioni di irradiazione (PPF o PTF), saranno effettuati dai ricercatori di
Bologna in collaborazione con il CNR/TESRE, sia per quanto riguarda rivelatori singoli o in
configurazione back-to-back, sia per quanto riguarda array mono- e bi-dimensionali.
I test relativi allo studio delle mobilità e dei tempi di volo dei portatori di carica e quelli relativi
alla uniformità planare dei dispositivi e la misura della risoluzione e della sensibilità spaziale degli
array prodotti saranno effettuati principalmente a Napoli. Saranno utilizzate sorgenti X e γ di varia
energia, un generatore di raggi X fino a 60 keV ed un Laser a N2 con opportuno dye per accordare
la lunghezza d'onda della radiazione all'energia corrispondente alla bandgap del materiale sotto test,
accoppiato ad una fibra ottica e ad un sistema di focalizzazione in grado di produrre uno spot di
dimensioni trasversali di ˜ 50 µm sulla superficie del rivelatore (si noti che per la effettuazione di
questi test il rivelatore può essere irradiato sia in PPF che in PTF). Una tecnica complementare,
utilizzabile però solo per irradiazione perpendicolare agli elettrodi, a meno di non disporre di un
microbeam, può far uso di particelle alfa di diversa energia, ottenibili da un acceleratore,
tipicamente il Tandem TTT-3 del Dipartimento di Scienze Fisiche dell'Università "Federico II" di
Napoli (si noti che è essenziale allo scopo la rimessa in funzione della sorgente a radiofrequenza
presso questo acceleratore, l'unica in grado di produrre particelle alfa con intensità utilizzabili).
La Sezione INFN di Bologna avrà il compito di realizare i dispositivi di collimazione e la
meccanica di supporto e di contenimento dei rivelatori, sia singoli che aggregati in array,
avvalendosi per la progettazione della collaborazione di un tecnico meccanico ed uno elettronico
del CNR/TESRE della stessa città, già esperti di problemi simili.
Per i test su materiale bulk si farà uso di ASIC già fatti sviluppare dalla eV PRODUCTS, in
configurazioni rispettivamente più adatte ad alta spettroscopia o ad alto count rate. Per i rivelatori
epitassiali (una volta disponibili) potrà essere utilizzato l'ASIC appositamente sviluppato presso il
Politecnico di Milano con caratteristiche decisamente innovative, come il consumo di potenza
estremamente ridotto (850 µW per linea) e quindi particolarmente idonei per applicazioni spaziali,
ed adattati alle alte capacità elettriche ed ai diversi livelli di corrente di buio presentati da questi tipi
di rivelatori, a causa della differente tecnologia realizzativa e del diverso volume attivo. Si deve
altresì tener presente che l’applicazione dei rivelatori epitassiali alla spettroscopia e all' imaging di
radiazione X di energia inferiore a 150 keV (campo in cui il loro impiego può risultare utile),
impongono requisiti all’elettronica di front-end, in termini di rumore e dinamica di segnale, diversi
da ciò che generalmente si richiede per l’elettronica per i rivelatori "bulk", impiegati per le
radiazioni più energetiche (fino a 1 MeV).
2) CRESCITA EPITASSIALE E STUDIO DEI CONTATTI
Nell'ambito del programma SIRTOD è stata sviluppata una nuova tecnologia per la deposizione da
fase vapore di film epitassiali “spessi” di CdTe per la preparazione di rivelatori di raggi X e gamma.
I vantaggi, rispetto all'uso di cristalli massivi generalmente cresciuti con tecniche dal fuso, vanno
ricercati nella maggiore perfezione cristallina e nel maggior controllo dei parametri termodinamici
che e' possibile ottenere durante la deposizione da fase vapore. E' inoltre in svolgimento lo studio
del processo H2T-VPE di CdZnTe e la sua modellizzazione termodinamica, per consentire la
crescita di strati spessi anche di questo materiale, da cui ci si attendono prestazioni superiori a
quelle relative al CdTe.
Nell'esperimento SINEC ci si propone di continuare lo studio dei film epitassiali per rivelatori X e
gamma estendendolo al ternario CdZnTe. Sono, infatti, note le interessanti proprietà di questo
composto dal punto di vista della rivelazione X e gamma e si ritiene che, anche in questo caso, la
realizzazione di rivelatori a film spessi porti vantaggi in termini di riproducibilità, di concentrazione
di difetti nativi elettricamente attivi e di controllo della stechiometria. Sono queste le qualità che,
nella realizzazione del rivelatore, significano omogeneità e prestazioni spettroscopiche significative.
Si propone quindi di attrezzare il reattore a grande capacità realizzato in SIRTOD per la
deposizione di film di CdTe, con alcuni accessori che consentano di depositare epitassialmente
anche CdZnTe. I tentativi, nell' ambito di SIRTOD, di depositare il ternario partendo da polveri
policristalline di CdTe e ZnTe, mescolate in opportune proporzioni, non hanno dato infatti buoni
risultati, convincendoci della necessità di una linea per introdurre lo zinco per via metallorganica.
Il reattore è stato concepito, per una maggiore versatilità, a tecnologia mista: può ospitare cioè sia
linee che consentono il trasporto di reagenti inorganici sia linee per il trasporto di reagenti
metallorganici. E' relativamente semplice l'aggiunta di una linea metallorganica per lo zinco:
consiste principalmente in un bagno termostatico che ospita il reagente a temperatura (e quindi a
tensione di vapore) controllata e di un flussimetro a controllo di massa per regolare la
concentrazione di ingresso in camera di reazione. Tipicamente il precursore dello zinco può essere
dimetilzinco o dimetilzinco:trietilammina
Il programma si propone, preliminarmente, di integrare il reattore rendendolo adatto alla
deposizione di film spessi, omogenei, a larga superficie del ternario, poi di depositare i primi film
ricercando le condizioni sperimentali in funzione delle qualità morfologiche, strutturali ed elettriche
dei film. Tutti i film ottenuti saranno caratterizzati con le consuete tecniche fisiche (Microscopia
elettronica, diffrattometria X, misure di resistività, mobilità elettrica e concentrazione di portatori,
etc).
Questa parte del programma verrà svolta prevalentemente dai ricercatori della Sezione di Lecce.
Una volta ottimizzata la crescita epitassiale del CdZnTe ed ottenuti strati dalle proprietà idonee
per rivelazione della radiazione, si passerà alla fabbricazione vera e propria dei rivelatori. Ciò
avverrà presumibilmente a partire dal secondo anno e farà uso dei processi già noti per il materiale
bulk. Si utilizzeranno dunque etching, deposizioni metalliche per sputtering e tecniche
fotolitografiche standard. Una volta messa a punto la realizzazione dei rivelatori planari con
elettrodi pieni, si passerà alla realizzazione di rivelatori con geometrie di contatti modificate. Verrà
a questo scopo utilizzato il lavoro già effettuato a partire da rivelatori bulk forniti dalla eV
PRODUCTS, realizzando anche rivelatori basati su materiale epitassiale con speciali configurazioni
di elettrodi, progettate sulla base delle simulazioni effettuate nell’ambito della nostra collaborazione
dal CNR/IME.
Questa parte concernente lo studio e la preparazione dei contatti verrà effettuata a Lecce in
collaborazione con i ricercatori del CNR/IME, che entra nel programma con proprio budget, senza
insistere su fondi INFN.
PIANO DI SVILUPPO (3 ANNI)
- 2002: Simulazioni e Modellizzazioni - Produzione di vari rivelatori planari singoli, ottenuti da
cristalli bulk, con diverse geometrie di contatti - Test comparativi sulle caratteristiche
spettroscopiche e sull'uniformità planare - Prime deposizioni epitassiali di CdZnTe con il reattore
appositamente realizzato - Sviluppo delle tecniche di contattazione su materiale bulk fornito dalla
eV PRODUCTS.
- 2003: Simulazioni e Modellizzazioni - Realizzazione di rivelatori in configurazione back-to-back
con diverse geometrie di contatti - Studio di caratteristiche spettroscopiche e di uniformità planare Realizzazione di array lineari - Progetto e costruzione del collimatore - Produzione di rivelatori
planari di CdZnTe di vario spessore, cresciuti epitassialmente.
- 2004: Realizzazione di array lineari e bidimensionali di rivelatori bulk con geometrie dei contatti
ottimizzate per applicazioni spaziali e medicali - Assemblaggio multirivelatori - Test spettroscopici
e di uniformità di risposta - Realizzazione di rivelatori con anodo a microstrip o multipixel su
materiale epitassiale - Determinazione della risoluzione energetica e della sensibilità spaziale con
elettronica ottimizzata - Caratterizzazione finale dei rivelatori studiati e della loro conformità ai
requisiti d'uso.
STRUMENTAZIONE DISPONIBILE, RICHIESTE FINANZIARIE E IMPEGNO SUI SERVIZI
DELLE SEZIONI INFN COINVOLTE
Per quanto riguarda la strumentazione già disponibile, è da notare che a Napoli potranno essere
utilizzati, oltre al laser N2 ed alle sorgenti X, l'acceleratore Tandem TTT-3 (essenziale la rimessa in
funzione della sorgente a radiofrequenza), la macchina radiogena ed il sistema di acquisizione già
realizzato nel corso di precedenti esperimenti; che il CNR/TESRE di Bologna mette a disposizione i
suoi laboratori di misure fisiche e di elettronica attrezzati per misure su questo tipo di rivelatori; che
Lecce mette a disposizione il reattore epitassiale nella configurazione già realizzata, il
diffrattometro X per la caratterizzazione strutturale dei film depositati, il laboratorio chimico per gli
studi di etching e la preparazione delle superfici; che il CNR/IME mette a disposizione il suo
laboratorio per la caratterizzazione elettrica dei film e dei cristalli e per lo studio dei contatti; e la
eV PRODUCTS mette a disposizione tutta la catena di progettazione, fabbricazione e test di
fabbrica del suo stabilimento di Saxonburg.
Le richieste finanziarie più rilevanti riguardano l'acquisto di ASIC con relativi boards e di una
tavola bidimensionale computerizzata con movimenti micrometrici, con una spesa prevista di 22
kEuro, per la Sezione di Napoli, il completamento del nuovo reattore epitassiale, necessario per la
crescita di strati spessi del materiale ternario, con una spesa prevista di 10 kEuro, per la Sezione di
Lecce e una scheda multicanale dedicata e la realizzazione dei collimatori in tungsteno, nonchè del
supporto per gli array di multirivelatori e del relativo contenitore meccanico, per una spesa prevista
di 24 kEuro, per la Sezione di Bologna.
Il grosso della richiesta finanziaria riguarda invece sistemi e gas di flussaggio, materiale
policristallino di base ultrapuro, materiale metallorganico, materiali per evaporazione e per
realizzazione di contatti, maschere, supporti ceramici, oltre a missioni sia in Italia che all'estero, per
i necessari contatti tra i diversi gruppi partecipanti, la esecuzione in comune di test e la
partecipazione ad alcune conferenze internazionali per la presentazione dei risultati. I relativi
schemi dei finanziamenti richiesti sono riportati sui moduli a cui questo programma è allegato.
Per quanto riguarda l'impegno dei servizi delle Sezioni INFN coinvolte, le richieste dei ricercatori
di Bologna si appoggeranno sostanzialmente sui servizi del CNR/TESRE, quelli dei ricercatori di
Lecce sul Dipartimento di Ingegneria dell' Innovazione dell’Università di Lecce; per la sezione di
Napoli si richiederà un modesto (in termini quantitativi) impegno del Laboratorio Elettronico e
dell'Officina Meccanica ed un normale uso del servizio di Calcolo.
LAVORI RECENTI SULL'ARGOMENTO
Pubblicazioni
1
2
3
N.Lovergine, M.Bayhan, P.Prete, A.Cola, L.Tapfer, A.M.Mancini“Structural and electrical properties of CdTe
layers grown on ZnTe/GaAs by hydrogen transport VPE”
J.Crystal Growth 214/215 (2000) 229
N.Lovergine, A.Cola, P.Prete, L.Tapfer, M.Bayhan, A.M.Mancini“On hydrogen transport VPE grown CdTe
epilayers for fabrication of 1-100 KeV X-ray detectors”
Nucl. Instrum Meth. A 458 (2001) 1
E. Perillo, N. Auricchio, E. Caroli, A. Donati, W. Dusi, P. Fougeres, M. Hage-Ali, G. Landini and P. Siffert
"Spectroscopic performance of newly designed CdTe detectors"
Nucl. Instrum. Meth. A 458 (2001) 233
Comunicazioni a Conferenze Internazionali
1.
2.
3.
N.Lovergine et al. “A new method for the growth of CdTe crystals for RT photon detector in the 1-100 KeV
range.” 5th National Conference on sensors and Microsystems extended to the Mediterranean Countries
Lecce – Italy, 2000 CONTRIBUTO ORALE
N. Lovergine et al. "VPE growth of CdTe epilayers for RT x-ray detectors"
SPIE's 45th Annual meeting, Conf. 4141, San Diego (USA) Agosto 2000 INVITED TALK
E. Perillo et al. "Spectroscopic performance of thin CdTe detectors mounted in back-to-back configuration"
SPIE's 45th Annual meeting, Conf. 4141, San Diego (USA) Agosto 2000 CONTRIBUTO ORALE, in corso di
pubblicazione su Radiation Measurements
4.
E. Perillo et al. " Characterization of thin back-to-back CdTe detectors with various sizes" IEEE NSS+MIC
Lyon (F) Ottobre 2000 CONTRIBUTO ORALE, in corso di pubblicazione su IEEE Trans Nucl. Sci.
5.
A. Cola et al. "Simulation of the collection properties of CdTe strip detectors" IEEE NSS+MIC Lyon (F)
Ottobre 2000 CONTRIBUTO POSTER, in corso di pubblicazione su IEEE Trans Nucl. Sci.
Il Responsabile dell’Esperimento
(Eugenio Perillo)
Napoli 5-7-2001
2002
Codice
Esperimento
SINEC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Dipendenti
N
1
2
Cognome e Nome
Perillo Eugenio
Spadaccini Giulio
Incarichi
P.O.
5
50
P.O.
5
50
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
RICERCATORI
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
tecnica tecnica
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Percentuale
2002
Codice
Esperimento
SINEC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
Oliviero Caterina
Tesi di: laurea
Titolo della Tesi
SI Applicazione di tecniche di miglioramento spettroscopico a rivelatori al CdTe
in Fisica
Relatore/Tutore Eugenio Perillo
Keywords
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
SINEC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Alfieri Severino
Ass.
INFN
SI
Relatore
Titolo conseguito
laurea
in
Fisica
Titolo della tesi: Rivelatori bidimensionali ad HgI2 basati sulla divisione resistiva della carica
Industria informatica TI
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Spettroscopia
Uniformita' laterale
Mobilita' portatori
Spettroscopia
Multirivelatori X e gamma
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
SINEC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
DENOMINAZIONE
PAESE
eV PRODUCTS
USA
Rivelatori ed array con particolari geometrie di elettrodi per alte prestazioni
spettroscopiche
campo: elettrico-elettronico
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
Esperimento
SINEC
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
N. LOVERGINE
relazione su invito
VPE growth of CdTe epilayers for RT x-ray detectors
SPIE's 45th Annual Meeting, Conf. 4141
San Diego-USA
Agosto 2000
E. PERILLO
comunicazione
Spectroscopic performance of thin CdTe detectors mounted in back-to-back configuration
E. PERILLO
comunicazione
Characterizationof thin back-to-back CdTe detectors with various sizes
SPIE's 45th Annual Meeting, Conf. 4141
Agosto 2000
San
Diego-USA
Agosto
2000
IEEE NSS+MIC
Lyon-Francia
Ottobre 2000
A. COLA
poster
Simulation of the collection properties of CdTe strip detectors
IEEE NSS+MIC
Lyon-Francia
Ottobre 2000
Mod. EC 10
75 %
2002
Struttura
Codice
Resp. Naz.:
Esperimento
SINEC
Gruppo
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
livello raggiunto
alla data prevista
in %
Data prevista per
il completamento
Descrizione
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
31/12/2002
Determinazione della geometria ottimale su rivelatori singoli, ottenuti da materiale bulk.
31/12/2002
Prime deposizioni epitassiali di CdZnTe.
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
Gruppo
SINEC
Resp.Naz.:
Struttura
5
Eugenio Perillo
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
Perillo Eugenio
NAPOLI
Responsabile del Progetto e della caratterizzazione rivelatori
Dusi Waldes
BOLOGNA
Responsabile dell'assemblaggio e test multirivelatori
Mancini Anna Maria
LECCE
Responsabile crescite epitassiali
50
%
70
%
50 %
Esperimenti in competizione Molti, a livello internazionale, concernenti array di rivelatori operanti a temperatura ambiente
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
E. Perillo
Numero
Spectroscopic performance of newly designed CdTe detectors A458 233-241
Pagine
Data
Gennaio 2001
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION
N. Lovergine
On hydrogen transport VPE grown CdTe epilayers....
A 458
1-6
Gennaio 2001
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION
Mod. EC/EN 11a
2002
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Maria Rosaria Masullo
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Dipendente
e-mail:
[email protected]
Fisica degli Acceleratori e Superconduttività
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Sigla dello
dal Laboratorio
Napoli, LNL, Darmstadt, Desy, Tzukuba
TEMIC
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
Effetti collettivi di fascio singolo, aloni, cavità acceleratrici innovative, teoria e misura
dell’impedenza di accoppiamento
Network Analyzer, Strumentazione RF
utilizzato
all'esperimento
Napoli, Salerno, LNL
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Mod. EC. 1
3 anni
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
2002
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
Parziali
Viaggi e missioni
Totale
Compet.
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
3,0
Interno
Contatti con sezioni di Legnaro e Salerno
3,0
8,0
Estero
Viaggi a Darmstadt, CERN. Partecipazione a una conferenza
8,0
Rame per prototipi metalici.
Lavorazioni meccanich e brasature. componentistica RF
10,5
10,5
Trasp.e
facch.
Materiale
Consumo
In kEuro
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Costruzione
Apparati
Materiale
Inventariabile
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
Totale
21,5
Note:
Mod. EC. 2
2002
Codice
452
Resp. loc.:
Struttura
Esperimento
TEMIC
Gruppo
5
NAPOLI
All. Mod. EC. 2
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. loc.:
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
3,0
8,0
10,5
21,5
TOTALI
3,0
8,0
10,5
21,5
Note:
esperimenti.
7a.
Mod. EC. 3
2002
Codice
Esperimento
Gruppo
452
TEMIC
5
Resp. Naz.:
Struttura
NAPOLI
A
2002
In kEuro
Struttura
Miss.
interno
Napoli
Legnaro
Salerno
TOTALI
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.
e
Facch.
Spese
Calc.
Affitti e
Manut.
Appar.
Mater.
inventar.
Costruz.
appar.
TOTALE
Compet.
A
carico
di
altri
Enti
3,0
1,0
2,0
8,0
3,0
5,5
10,5
4,5
21,5
8,5
7,5
0,0
0,0
0,0
6,0
16,5
15,0
37,5
0,0
Note:
Mod. EC. 4
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
A) ATTIVITA’ SVOLTA NELL’ANNO 2001
vedi allega50
B) ATTIVITA’ PREVISTA PER L’ANNO 2002
In questo anno di prolungamento si intende terminare il confronto teoria-misura sul comportamento di una cavita' Shintake
utilizzata per soppressione di modi.
All'interno delle problematiche legate alle instabilita' si continuera' uno studio in connessione con il CERN sulla formazione di
nuvole di elettroni in anelli per protoni e/o positroni.
Per quanto riguarda la cavita' aperte si intende calcolare il campo radiale accelerante al variare dei parametri di reticolo per
ottenere un andamento sufficientemente piatto.
Si intende continuare il lavoro sull'interazione strong-strong in collider e definire delle formule stazionarie per il calcolo delle
impedenze di accoppiamento (collaborazione con CERN e KEK)
Anno
Finanziario
Materiale
di
e
interno estero
Calcolo Manut.
inventar.
consumo Facch.
Apparec.
TOTALE
1999
10,8
20,6
6,1
2000
6,1
16,5
2,0
24,6
2001
3,6
12,4
9,3
25,3
20,5
49,5
17,4
TOTALE
Mod. EC. 5
5,1
Costruz.
apparati
In kEuro
5,1
42,6
92,5
Attivita' 2001 - esperimento TEMIC
sezioni partecipanti: Napoli, Legnaro, Salerno
Il gruppo svolge la sua attivita' in collaborazione con diversi laboratori di ricerca: LNF
(Frascati) e LNL (Legnaro) in Italia, DESY (Hamburg), GSI (Darmstadt), KFA (Juelich)
e CERN (Geneva), affrontando problematiche sia teoriche, che sperimentali nell'ambito
sia di specifici progetti di macchine accelleratrici e che di ricerche di interesse piu'
generale nella fisica degli acceleratori.
Fasci ad alta intensita' e instabilita' coerenti. Nell'ambito di una collaborazione con il
GSI di Darmstadt (Germania) si e' studiato il processo di compressione dei pacchetti di
particelle nel caso di intensi fasci di protoni. Lo studio condotto sia tramite simulazione al
computer, sia tramite un approccio analitico era inteso a capire l'influenza della carica
spaziale sulla compressione fatta tramite RadioFrequenza in anelli prossimi all'energia di
transizione. Si e' mostrato che per energie al di sotto della transizione la tensio ne RF,
richiesta per il processo di compressione, non puo' essere ridotta a causa del forte effetto
contrario dovuto alla carica spaziale. Al di sopra, si e' dimostrato che l'insorgere di
instabilita' legate ad armoniche superiori di fascio non consente di sfruttare appieno il
regime attrattivo di carica spaziale. La compressione puo' essere realizzata con ridotta
potenza RF se i tempi di attuazione sono piccoli rispetto a quelli di deterioramento del
fascio dovuti all'instabilita'; una tensione RF va in ogni caso applicata in cavita'.
E' inoltre iniziata una collaborazione sulla realizzazione di una parte del sistema di
feedback trasverso (TFS) per la correzione delle instabilita' trasverse sull' anello per ioni
pesanti al GSI di Darmstadt. Cuore del sistema e' l'eliminazione della componente di offset
di orbita chiusa dal segnale relativo alla posizione del fascio onde poter studiare solo il
termine realmente dovuto alle instabilita'; tale scopo e' raggiunto tramite l'implementazione
di un filtro, detto notch filter che agisce giro per giro di macchina.
Prove di efficienza del filtro sono previste entro la fine dell’estate 2001.
Analisi teorico-sperimentale di strutture risonanti per acceleratori. Si stanno
svolgendo misure di impedenza di accoppiamento trasverso di una cavita' per soppressione
di modi (Shintake) onde comparare i risultati ottenuti con quelli provenienti da uno studio
teorico, tramite teoria di Mode-Matching. Si e' misurata la risposta in trasmissione della
cavita' in un primo intervallo di frequenze intorno ai 3 GHz, comparandola con una pillbox onde evincere l'efficacia della soppressione.
Studio di strutture aperte acceleranti. Collaborazione Legnaro-Napoli. Si sta
studiando il profilo radiale del campo accelerante sull'asse di cavita` aperte periodiche al
variare dei parametri del reticolo.
L'andamento radiale del campo accelerante del modo confinato e’ studiato al variare dei
parametri del reticolo con il programma di simulazione numerica MAFIA per verificare in
particolare la possibilita` di ottenere un profilo radiale sufficientemente piatto nella zona
centrale in modo da rendere possibile l'accelerazione di fasci di protoni o elettroni ad alta
intensita` contenendo al massimo la carica spaziale.
Attivita' Salerno
1) Nell’ambito dello studio dell’interazione fascio-fascio per pacchetti lunghi in presenza di
dispersione e crossing angle nel punto di interazione ci si e’ dedicati principalmente al
calcolo della luminosita' e dello spread dell'energia di collisione. Tali studi sono rilevanti
per alcuni acceleratori di nuova generazione, quale la τ-charm factory (Pechino). E' stato
utilizzato un approccio semi-analitico ed i risultati sono stati confrontati con successo con
quelli ottenuti da simulazioni numeriche [pubblicazioni].
2) Il calcolo dei coefficienti di Laslett riferiti ai modi normali di betatrone e’ stato applicato
alla geometria di LHC (due beam-pipes paralleli circondati da un unico giogo magnetico)
con soddisfacenti risultati [pubblicazioni].
3) La validita' dell'approssimazione Gaussiana nello studio dell'allungamento del pacchetto
in macchine ad elettroni e’ stata studiata con particolare riferimento al wake puramente
induttivo [pubblicazioni].
PUBBLICAZIONI parziali (giugno 2001)
1) S. Petracca, K. Hirata, "Synchro-Betatron Coupling Due to Monochromatization", Phys.
Rev. E 2001, 64, 16502 (2001) and KEK Rept. 2001-XX A
2) S. Petracca and K. Hirata, "Luminosity with Monochromatization and Crossing Angle",
KEK Rept. 2001-XX A, in print (July 2001).
3) S. Petracca and K. Hirata, "Luminosity and Energy Resolution in e+e- Colliders", PAC2001 Chicago, poster paper.
4) S. Petracca and K. Hirata, "Luminosity and Energy Resolution with
Monochromatization and Crossing Angle", Japanese Journal of Applied Physics, 40 (8), in
print (August 2001).
5) S. Petracca, "Normal Mode Betatron Tune Shifts in Twin Beam Colliders", Annali della
Fondazione Ronchi, in print (October 2001).
2002
Codice
452
Resp. Naz.:
Esperimento
TEMIC
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
6,0
16,5
15,0
37,5
TOTALI
6,0
16,5
15,0
37,5
Note:
Mod. EC. 6
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Percentuale
RICERCATORI
R.U.
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
6
7
Cognome e Nome
Fedele Renato
Galluccio Francesca
Miano Giovanni
Panariello Gaetano
Vaccaro Vittorio
Verolino Luigi
Incarichi
5
20
Ric
5
20
Ric
5
50
P.O.
5
25
P.O.
5
25
P.O.
5
30
5
20
P.A.
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
tecnica tecnica
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Percentuale
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
Cognome e Nome
Associazione
D'ELIA ALESSANDRO
Tesi di: laurea
Titolo della Tesi
SI INSTABILITA' TRASVERSE DI FASCIO:MISURE, ANALISI E CONTROLLO TRAMITE FEEDBACK
in Fisica
Relatore/Tutore prof. Vittorio G.Vaccaro
Keywords instabilita' trasverse
sistemi di feedback
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
instabilita', cavita'risonanti
feedback
diagnaostica di fascio
impedenze di accoppiamento,
instabilita', cavita' aperte
Mod. EC 8
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
PAESE
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
S. Petracca
poster
EPAC2000- VIENNA -GIUGNO
S. Petracca
comunicazione
18Adv. ICFA Beam Dyn. Workshop on quantum
Mod. EC 10
%
2002
Struttura
Codice
452
Esperimento
TEMIC
Resp. Naz.:
Gruppo
5
NAPOLI
livello raggiunto
alla data prevista
in %
Data prevista per
il completamento
Descrizione
31.12.2001
realizzazione di sistema di feedback trasverso per il TFS del GSI di Darmstadt
31.12.2001
studio del meccanismo di compressione di pacchetti di particelle in presenza di carica spaziale; reale
valutazione dei limiti di alimentazione RF
31.12.2001
Interazione fascio-fascio in presenza di dispersione e crossin angle: calcolo della luminosita'
31.12.2001
validazione dell'approssimazione gaussiananello studio dell'allungamento del pacchetto di elettroni in
macchine circolari
31.12.2001
studio di cavita' aperte a banda fotonica
100
100
80
100
40
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
In generale si evidenzia un buon raggiungimento delle milestone previste, con ottimi risultati nel confronto teoria/misure (e/o simulazioni). Il punto
riguardante lo studio di cavita' aperte e' quello che soffre maggiormente.
Data completamento
Descrizione
31.12.2002
confronto teoria-misura del comportamento per soppressione di modi della cavita' Shintake
31.12.2002
studio campo sull'asse per cavita' aperte
31.12.2002
studio inerente la formazione della nuvola di elettroni in anelli per protoni o positroni: instabilita' connesse
31.12.2002
formule stazionarie per il calcolo delle impedenze
31.12.2002
studio interazione strong-strong in macchine reali
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
Gruppo
452
TEMIC
5
Resp.Naz.:
Struttura
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Vincenzo Guidi
Renzo Parodi
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
S. Petracca
Numero
PHYSICAL REVIEW E
S.Petracca
Pagine
Data
16.502
2001
Synchro-Betatron Coupling due to monochromatization
64
Luminosity and energy resolution in e+ e- colliders
Proceedings of PAC 2001 Chicago
S. Petracca
Luminosity and energy resolution with monochromatization and crossing angle
Japanese Journal of Applied Physics
S. Petracca
8
8/2001
10/2001
A perturbative study of the scattering matrix of a quadrupole chain
Proceedings of XI ISTET 01
Mod. EC/EN 11a
40
Normal mode betatron tune shifts in twin beam colliders
Annali della Fondazione Ronchi
D. Davino
2001
8/2001
2002
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Struttura
NAPOLI
Ricercatore
Filippo Terrasi
Gruppo
5
Rappresentante
Nazionale:
Filippo Terrasi
Struttura di
appartenenza:
Napoli
Posizione
nell'I.N.F.N.:
Incarico di Ricerca
e-mail:
[email protected]
Linea di ricerca
Laboratorio ove
Acceleratore usato
Fascio
Processo fisico
studiato
utilizzato
all'esperimento
Istituzioni esterne
Durata esperimento
Ottimizzazione di trattamenti di materiali speciali per l'aumento della resistenza all'usura
tramite diagnostica tribologica basata sull'impiantazione di fasci radioattivi.
Laboratorio dell'Acceleratore Tandem di Napoli
Tandem TTT-3
7Be 8 MeV
Impiantazione con profilo controllato di 7Be.
Misura della riduzione dell'attivita' impiantata in seguito ad usura del materiale.
Cella gassosa per il controllo del profilo e cameretta di impiantazione.
Macchina pin-on-disk e rivelatori gamma.
Napoli
La proposta riguarda la cointestazione da parte dell'INFN di un progetto di ricerca - legge 297 per il trasferimento tecnologico in collaborazione con la societa' COLMEGNA SUD srl e il Dip.
di Ingegneria Meccanica per l'Energetica dell'Univer. Federico II di Napoli
>3 anni
B) S C A L A
PERIODO
GENERALI
DEI
TEMPI:
2002
Messa a punto definitiva del procedimento di impiantazione e del sistema per la misura della
velocita' di usura. Costruzione della macchina pin-on-disk dedicata completa del dispositivo di
raccolta del materiale rimosso per la misura off-line dell'attivita'.
2003
Impiantazione sui provini trattati dalla COLMEGNA e misura della velocità di usura. Analisi dei
dati ed estrazione delle indicazioni per la messa a punto delle procedure di trattamento.
2004
Impiantazione e misura della velocità di usura sui nuovi provini sottoposti a trattamento
superficiale. Analisi dei dati per l'individuazione della migliore procedura di trattamento.
Deposito della richiesta di brevetto.
Mod. EN. 1
2002
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Filippo Terrasi
Struttura
NAPOLI
2002
In kEuro
IMPORTI
VOCI
DI
SPESA
A cura della
Comm.ne
Scientifica
Nazionale
Estero
Viaggi e missioni
Interno
Parziali
Totale
Compet.
20,0
Materiale
Consumo
vedi ALLEGATO AL MODELLO EN2
Trasp.e
facch.
20,0
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
Altro
Affitti e
manutenz.
apparecchiat.
Spese
Calcolo
Consorzio
50,0
Materiale
Inventariabile
vedi ALLEGATO AL MODELLO EN2
Costruzione
Apparati
50,0
Totale
70,0
Note:
Mod. EN. 2
2002
Struttura
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Resp. loc.:
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Le cifre riportate sono indicative e rappresentano la quota prevista di cofinanziamento a carico dell'INFN del progetto
- legge 297. La cifra globale per la componente INFN sui tre anni della durata prevista del progetto, comprensiva del
contributo del MURST, sara' di 500 kEuro circa, a fronte di un finanziamento globale di 300 kEuro per l'impresa e 100
kEuro per il DIME. Il piano dettagliato di spesa sara' contenuto nel progetto che verra' sottoposto al MURST per
l'approvazione e comprendera':
1) Acquisto di una sorgente di ioni dedicata e completamento dell'iniettore ..................................150 kEuro
2) Completamento della diagnostica dei fasci, del sistema da vuoto, attrezzatura del canale per l'impiantazione,
costruzione della nuova macchina pin on disk............................. 75 kEuro
3) Realizzazione di un laboratorio "caldo" per il trattamento del 7Be.............................................. 75
kEuro
4)
Due
contratti
di
collaborazione
tecnica
per
tre
anni
ciascuno
per
tecnici
di
laboratorio............................150 kEuro
5) Spese di funzionamento........................ 50 kEuro
TOTALE........ 500 kEuro
All. Mod. EN. 2
2002
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
interno
Miss.
estero
Mater.
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
inventar.
Costruz.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
20,0
50,0
70,0
TOTALI
20,0
50,0
70,0
Note:
Mod. EN. 3
esperimenti.
7a.
2002
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
PREVISIONE DI SPESA
In kEuro
ANNI
FINANZIARI
Miss.
Miss.
interno
estero
Materiale
di
cons.
Trasp.e
Facch.
Spese
Calcolo
Affitti e
manut.
appar.
Mat.
Costruz.
inventar.
apparati
TOTALE
Competenza
2002
20,0
50,0
70,0
2003
20,0
30,0
50,0
2004
10,0
20,0
30,0
TOTALI
50,0
100,0
150,0
Note:
Mod. EN. 4
2002
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
vedi file allegato_mod_EN5_TRIBONA.pdf
Mod. EN. 5
Pag. 1
2002
Nuovo Esperimento
TRIBONA
Gruppo
5
Struttura
NAPOLI
Mod. EN. 5
Pag. 2
TRIBONA:
PROPOSTA DI ESPERIMENTO PER LA PARTECIPAZIONE A UN PROGETTO DI
RICERCA PER IL TRASFERIMENTO TECNOLOGICO E LO SVILUPPO PRECOMPETITIVO - LEGGE 297
La presente proposta di esperimento costituisce la seconda fase, orientata al
trasferimento tecnologico, di un progetto di ricerca iniziato nell’anno in corso con
l’esperimento NAIMP, che ha mostrato la fattibilità della metodologia proposta e si
propone, entro l’anno, di verificare la possibilità di raggiungere la sensibilità di progetto. Si
intende sottoporre al MURST un progetto di ricerca triennale, nell’ambito della legge 297,
cointestato dall’INFN, da un’impresa del settore (COLMEGNA SUD srl, vedi lettera di
intenti allegata) e dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica per l’Energetica dell’Università
di Napoli Federico II, dal titolo: “Ottimizzazione di procedure di trattamento superficiale di
materiali, finalizzate al miglioramento della resistenza all’usura, tramite impiantazione di
ioni radioattivi e monitoraggio dell’attività rimossa con gli strati micrometrici usurati”. La
Società COLMEGNA, che da tempo opera nel settore dei trattamenti termici dei metalli
speciali, curerà la messa a punto delle procedure di trattamento e la loro applicazione a
campioni che saranno successivamente sottoposti ad impiantazione ed a monitoraggio
dell’usura submicrometrica tramite spettroscopia gamma. Del trattamento messo a punto in
tal modo sarà depositata richiesta di brevetto, che rimarrà di proprietà degli Enti e
dell’impresa cointestatari del progetto. In questa proposta di esperimento i proponenti
chiedono l’approvazione preliminare della iniziativa, con lo stanziamento sub-judice della
quota di cofinanziamento INFN, riservandosi di presentare entro quattro mesi alla
Commissione Nazionale V, ai fini dello sblocco del sub judice, il progetto completo nella
forma in cui sarà sottoposto al MURST per il finanziamento. Tale richiesta di finanziamento
includerà due contratti triennali di prestazione d’opera per tecnici di laboratorio da adibire
alla implementazione dei dispositivi sperimentali ed alla esecuzione delle misure.
I-Ambiti di intervento e motivazione della proposta
In diversi settori della produzione industriale, nei quali vengano realizzati o utilizzati
dispositivi con parti meccaniche in movimento, è di fondamentale importanza il controllo
dell’usura delle superfici di contatto, sia per il controllo dello stato dei dispositivi durante il
loro funzionamento, sia per lo sviluppo di componenti costruiti con materiali nuovi o
sottoposti a nuovi trattamenti. Nel primo caso, la possibilità di controllare lo stato di usura di
un dispositivo permette di ridurre i costi di esercizio, attraverso, per esempio, lóttimizzazione
degli intervalli di manutenzione e sostituzione, e di innalzare il livello di sicurezza durante il
funzionamento del dispositivo, riducendo fortemente il rischio di rottura nel caso di processi
di usura anomala: questi elementi possono rendere remunerativo línvestimento di notevoli
risorse per lo sviluppo di sofisticati sistemi di controllo, compatti e trasportabili. Nel caso
dello studio di nuovi materiali, o di nuovi trattamenti tendenti a migliorare la resistenza
all’usura, alla moderna tribologia sono richiesti sistemi di analisi affidabili con sensibilità
dell’ordine dei micron utilizzabili in esperimenti con usure dell’ordine delle decine o delle
centinaia di µm. La misura dell'usura, in generale, costituisce un problema di non poco conto,
in particolare nelle macchine di prova, ove sono richieste precisione e riproducibilità notevoli.
In particolare per le prove su macchina Pin-on-Disk, di cui è prevista l'utilizzazione in questo
progetto di ricerca e che sarà descritta in seguito, la norma ASTM G99-95a prescrive che la
misura dell’usura sul provino, cioè la misura del materiale asportato, venga fatta al termine
della prova misurando l’altezza del provino e rapportando tale misura a quella del provino
prima della prova (usura lineare) ovvero, per quantitativi d’usura molto modesti, pesando il
provino al termine della prova e rapportando tale misura a quella del provino prima della
prova (usura massica). Si comprende come tali misure vadano fatte con strumenti di
elevatissima precisione e quindi costosi e come l’errore di misura possa essere in ogni caso
sensibile quando si vogliano misurare usure confinate agli strati subsuperficiali micrometrici.
Vi è, dáltra parte, un grande interesse per lo sviluppo di sistemi di misura submicrometrici,
che permetterebbero di studiare con grande dettaglio i fenomeni di usura di materiali
sottoposti a trattamenti superficiali e di condurre esperimenti con basso tasso di usura.
Alcuni dei settori nei quali investimenti consistenti per lo sviluppo di tali metodi sono
considerati remunerativi sono:
1.
settore motoristico: studio di nuovi materiali metallici e ceramici e/o nuovi disegni per
parti meccaniche in movimento (camme, fasce elastiche, cuscinetti);
2.
settore automobilistico: studio della possibilità di utilizzare meteriali plastici per
componenti meccanici, sviluppo di nuove mescole per i pneumatici;
3.
settore medico: sviluppo di nuovi tipi di protesi articolari in materiale plastico;
4.
settore aeronautico: studio di sistemi di movimentazione delle pale per elicotteri, turbine
per impiego aeronautico, apparati ausiliari di bordo, per i quali sono necessarie
tolleranze estremamente basse;
5.
lavorazioni meccaniche: sviluppo di tecniche di misura in linea dell'usura degli utensili
(trafile, utensili da taglio ecc.) per il controllo dello stato e la sostituzione solo se
necessario.
6.
diagnostica industriale: sviluppo di sistemi diagnostici basati sulla velocità d'usura come
indice di malfunzionamenti negli accoppiamenti tra organi di macchine in moto relativo.
Con la tecnica di impiantazione (Radioactive Ion Implantation, nel seguito RII)
sviluppata con l’esperimento NAIMP, i radionuclidi vengono prima prodotti e quindi,
utilizzando una macchina acceleratrice, accelerati allènergia necessaria per raggiungere la
profondità di impiantazione massima richiesta. Lúsura meccanica viene poi misurata
lasciando lavorare su banco i componenti e misurando láttività presente nel liquido di
lubrificazione, oppure l’attività residua sulle parti meccaniche in movimento, nel caso in cui
non sia prevista lubrificazione. Il primo metodo viene preferito per il fatto che il liquido di
lubrificazione può facilmente essere trasportato fino a un rivelatore ben schermato e ad alta
efficienza, che misura l'incremento della attività rimossa, laddove nel secondo metodo il
rivelatore misura all’inizio la piena attività e poi la riduzione dell'attività residua. Questo
significa che, a parità di altre condizioni, la stessa quantità di attività rimossa nel primo caso è
misurata come differenza di piccoli numeri, nel secondo come differenza di grandi numeri, le
cui oscillazioni statistiche sono, in termini assoluti, molto più ampie.
II- Status Report sulle attività di R.&D. svolte nell’ambito dell’esperimento NAIMP
Il 7Be è uno dei radionuclidi più adatti per l’impiantazione in quanto si tratta di un
nucleo leggero che decade per cattura elettronica al 7Li, da cui segue una drastica riduzione
del danno subito dal materiale da irraggiare. La probabilità di emissione γ (Eγ=478 keV)
durante il decadimento è del 10%. Il suo tempo di dimezzamento (T1/2= 53 d) lo rende
particolarmente adatto a esperimenti della durata di qualche settimana, senza richiedere l'uso
di grandi quantità di materiale radioattivo; questo e soprattutto il suo modo di decadimento
riducono il rischio connesso all'uso di 7Be, che infatti è inserito nel quarto, cioè l'ultimo,
gruppo di radiotossicità (d.l. 17.3.1995 n.230 GU 13 giugno 1995). Per i radionuclidi
appartenenti a tale gruppo è fissato un limite di 5 MBq, al di sotto del quale le norme di
radioprotezione previste per i materiali radioattivi non si applicano. Per le applicazioni tipiche
di questo metodo non è prevista l'impiantazione di una quantità di materiale superiore a
questo limite. Analoghe considerazioni valgono per il 22Na, che ha t1/2 = 2.6 anni.
È interessante presentare una tabella di materiali con la profondità massima di
impiantazione raggiungibile nelle condizioni attuali (Emax7Be=8.0 MeV) al tandem da TTT3
(3MV) del Dipartimento di Scienze Fisiche dell'Università di Napoli “Federico II”, che sarà
utilizzato per questo progetto di ricerca:
Materiale
Acciaio inossidabile (Cr8Fe74Ni18)
Teflon (C2F4)
Mylar (H8C10O4)
Polipropilene (C2H4)
Profondità di impiantazione massima
(SRIM2000)
5 µm
11 µm
14 µm
20 µm
Le prove verranno condotte su una macchina “Pin-on-Disk”, che risulta particolarmente
adatta al tipo di indagine in questione dal momento che il provino, il Pin, del quale misurare
l’usura, può avere una forma estremamente semplice e di dimensioni molto ridotte. Ciò
consente procedure e modi di impianto dei radionuclidi semplici e versatili. Come descritto
dalla norma ASTM G99-95a, il Pin ha una forma cilindrica di dimensioni molto contenute
(tipicamente da 2 a 10 mm di diametro ed altezza non specificata, ma comunemente di
qualche centimetro) e viene alloggiato in un semplice portaprovino di forma cilindrica cava. Il
provino viene caricato sul “Disk “, in rotazione, con il quale verrà a contatto sulla superficie
di base realizzando un contatto strisciante. L’usura procede quindi nella direzione dell’altezza
del Pin.
Con la tecnica di impiantazione proposta è possibile una notevole semplificazione delle
prove ed una definizione e precisione dei risultati sensibilmente migliore rispetto al metodo di
misura convenzionale, cui si è già fatto cenno. Questo vale anche per la misura della velocità
d’usura, cioè la legge con cui procede l’usura nel tempo, che, secondo la norma citata, va
ricavata “per punti”, effettuando tante prove di durata diversa su altrettanti provini simili dei
quali al termine delle prove si misura l’usura. Si comprende non solo la lunghezza della
procedura, ma anche le insite fonti di errore ed il fatto che comunque la legge temporale
d’usura sarà ottenuta per punti a distanza discreta di tempo.
Per ottenere l’usura globale e la velocità d’usura è invece possibile eseguire una sola
prova su un singolo provino nel quale siano stati impiantati, in maniera uniforme, radionuclidi
nei substrati superficiali interessati al fenomeno d’usura. Un rivelatore di radiazione misura
“in continuo” la riduzione della radioattività, che procede di pari passo con l’asportazione del
materiale usurato. La velocità d’usura è quindi acquisita in maniera continua a partire dai
primissimi strati superficiali fino agli ultimi e ciò consente una informazione dettagliata e
quanto mai utile se si considera che proprio la non linearità del fenomeno d’usura caratterizza
la bontà tribolgica di una superficie e del trattamento termico al quale è stata sottoposta. La
misura tempo-continua, mediante cella di carico, del coefficiente d’attrito, contemporanea a
quella tempo-continua, mediante rilevazione della radioattività, dell’usura consente un
giudizio tribologico veramente dettagliato del materiale in esame.
Límpiantazione di 7Be viene eseguita presso il laboratorio dellácceleratore Tandem del
Dipartimento di Scienze dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”. Láttivazione del
7
Be ha luogo allÁtomki Research Center di Debrecen (Ungheria), mentre i catodi per la
sorgente a sputtering dellácceleratore saranno prodotti nel laboratorio isotopico della RuhrUniversität Bochum. Presso lÍnstitut für Experimentalphysik III, dove opera un gruppo con
una notevole esperienza nel campo dellímpiantazione e dellóttica di ioni, della stessa
università sarà disegnata la camera di impiantazione e le unità di scansione del fascio. Infine
presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica per l’Energetica (DIME) dell’Università degli
Studi di Napoli “Federico II” vengono condotte le prove sperimentali per la definizione e la
validazione di tecniche e metodologie di misura dell’usura da utilizzare in campo industriale,
sia sul campo come mezzo diagnostico, sia nelle prove d’usura standard su macchine
specifiche.
50 mm
40 mm
gas
outlet
gold coated
mylar foil φ=8 mm
mylar foil
φ =14 mm
7
Si detector #2
Be ion
beam
target
Si detector #1
pressure
transducer
pressure
control
unit
gas
inlet
read pressure
set valve
solenoid
valve
MCA1
MCA2
SCA1
SCA2
LOG FILE
(P,t,Nel1,Nel2)
(P,t,Nel1,Nel2)
Ar gas
bottle
set pressure
set
read
implantation profile
control computer
read pressure
implantation
profile
parameters
a0,..,a8
energy loss
and range data
b0,..,b4
Figura 1
Come già notato, questa tecnica di misura richiede un profilo di impiantazione
uniforme: a tal scopo è stata sperimentata una nuova tecnica che prevede la degradazione
dellénergia del fascio attraverso un assorbitore gassoso la cui pressione è programmabile e
controllata da computer via software mediante schede di acquisizione e controllo. Simulazioni
svolte con il codice SRIM 2000 hanno mostrato la necessità di un sistema di degradazione di
energia del fascio molto compatto e integrato con la camera di impiantazione. In breve (vedi
fig. 1), il sistema di degradazione del fascio è costituito da una cella gassosa di 50 mm di
lunghezza definita da due finestre di mylar da 1.5 µm di spessore, che precede nella direzione
del fascio la camera di impiantazione.
La pressione del gas viene letta e regolata da un sistema costituito da un misuratore
capacitivo (MKS, mod 626A), un controllore (MKS250E) e una valvola elettromagnetica
proporzionale (MKS, mod 248). Questo sistema è pilotato da un PC attraverso una scheda di
interfaccia (National PC1024). Un punto essenziale del sistema è la scelta del flusso massimo
attraverso la valvola: infatti è necessario trovare un compromesso tra la necessità di variare
rapidamente la pressione del gas nella cella, che richiede un alto flusso, e quella di
stabilizzarla a un dato valore, che viceversa richiede un basso flusso. Il sistema scelto
permette di variare il flusso massimo attraverso la valvola e, quindi, di individuare
sperimentalmente le condizioni ottimali per gli scopi dell’esperimento. La camera di
impiantazione segue la cella gassosa ed è collegata tramite un bypass al sistema di pompaggio
Figura 2
a monte della cella gassosa. La camera include, oltre al supporto per il pezzo su cui viene
impiantato il 7Be, due rivelatori di particelle al Si la cui funzione è di rivelare gli ioni del
fascio diffusi a 45° da un sottile strato di 197Au depositato sulla finestra di uscita della cella
gassosa e, quindi, di monitorare l’intensità e l’energia del fascio durante l’impiantazione. Il
tasso di conteggio registrato nella regione corrispondente alla diffusione elastica del 7Be viene
letto dal sistema di controllo che, apportate le correzioni dovute alla dipendenza della sezione
d’urto della diffusione elastica del 7Be su 197Au e del range del 7Be nel materiale in esame,
risale alla dose impiantata per ogni energia e varia la pressione della cella in modo da ottenere
il profilo di impiantazione desiderato. Il programma di controllo, una routine Labview, è stato
realizzato ed utilizzato nella impiantazione di prova. Questa ha mostrato che è possibile
realizzare un profilo di impiantazione di forma predefinita, attraverso l’accordo tra lo spettro
programmato di scattering elastico e quello registrato sperimentalmente.
La fig. 2 mostra i risultati ottenuti con la procedura descritta sopra: nel pannello a) è
riportato il profilo di impiantazione in profondità che si vuole realizzare; nel pannello b) è
riportato, con la curva punteggiata, il numero “programmato” di conteggi di scattering
elastico in funzione della pressione, cioè il valore del numero di conteggi che il programma
acquisisce prima di inviare al sistema di stabilizzazione l’ordine di cambiare la pressione al
valore successivo, con uno step di circa 3 mbar. La curva piena rappresenta il numero di
conteggi effettivamente ottenuto in funzione della pressione letta. Come si vede le due curve
sono in ottimo accordo, il che mostra che il programma è in grado di controllare con
prontezza sufficiente l’andamento voluto della pressione. Il pannello c) descrive il passo
successivo della procedura: dalla conversione pressione del gas – energia del fascio degradato
(calcolata con TRIM) si ottiene la distribuzione di energia programmata (curva punteggiata),
che è confrontata con la distribuzione effettiva del numero di conteggi in funzione
dell’energia calcolata. Infine, nel pannello d), la distribuzione delle energie calcolate è
confrontata con lo spettro di energia misurato durante l’impiantazione. Il picco ad alta energia
presente nello spettro sperimentale è dovuto all’intervallo di tempo durante il quale è stato
effettuato il tuning del fascio senza gas nella cella, ed è stato incluso nello spettro per disporre
di un riferimento corrispondente all’energia “piena” del fascio a scopo di calibrazione.
L’ottimo accordo ottenuto mostra come la distribuzione del numero di ioni incidenti sul
provino in funzione della loro energia è effettivamente quella che darà luogo al profilo di
profondità programmato. Non appena sarà stato completato il sistema di rivelazione γ,
utilizzando i fondi attualmente sub-judice, sarà possibile effettuare la verifica del profilo di
impiantazione effettivamente realizzato, utilizzando la tecnica degli stack-foils: Sono stati già
acquisiti fogli di Ni da 0.25 µm e l’alloggiamento che permette di assemblarne 20, per uno
spessore totale di 5 µm, leggermente superiore al range massimo calcolato. La misura fuori
linea dell’attività della riga a 478 keV del 7Be in funzione della posizione del foglio fornirà,
con una risoluzione pari a 0.25 µm, il profilo di profondità. Il prossimo run di impiantazione è
previsto per il prossimo mese di luglio: sarà effettuata una impiantazione sullo stack ai fini
della verifica del profilo ed una impiantazione su un provino che sarà successivamente
sottoposto a test di usura sulla macchina pin-on-disk.
Allegato
2002
Codice
Esperimento
TRIBONA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Qualifica
Affer.
al
Percentuale
RICERCATORI
P.S.
3
10
R.U.
3
30
AsRic
3
30
TL
Dipendenti
N
1
2
3
4
5
6
Cognome e Nome
D'Onofrio Antonio
De Cesare Nicola
Gialanella Lucio
Roca Vincenzo
Romano Mario
Terrasi Filippo
Incarichi
3
20
P.A.
3
30
P.O.
3
40
Qualifica
TECNOLOGI
N
Dipendenti
Cognome e Nome
Incarichi
Percentuale
Qualifica
TECNICI
N
Cognome e Nome
Dipendenti
tecnica tecnica
Mod. EC/EN 7
Incarichi
Percentuale
2002
Codice
Esperimento
TRIBONA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Annotazioni:
SERVIZI TECNICI
mesi-uomo
Denominazione
1
2
Officina Meccanica
0.5
0.5
Cognome e Nome
Associazione
Titolo della Tesi
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Keywords
Relatore/Tutore
SI
Tesi di:
in
Relatore/Tutore
Keywords
Mod. EC/EN 7a
2002
Codice
Esperimento
TRIBONA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
giugno 2001
Cognome e Nome
Ass.
INFN
Relatore
Titolo conseguito
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
SI
in
Titolo della tesi:
Altro
Keywords
KEYWORDS
Mod. EC 8
2002
Codice
Esperimento
TRIBONA
Resp. loc.:
Struttura
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Sviluppo nel campo delle tecniche nucleari
potenziale
gia' riscontrata
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
della meccanica
in ambito: industriale
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
gia' riscontrata
in ambito:
gia' riscontrata
in ambito:
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
Sviluppo nel campo
potenziale
Ricaduta
Breve descrizione
dello sviluppo e
relativa ricaduta:
DENOMINAZIONE
campo: meccanico
PAESE
region
e strut
campo:
campo:
campo:
campo:
campo:
Mod. EC 9
( app+ inv+cons)
di beni high tech:
%
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
commessa
sviluppo
2002
Codice
Esperimento
TRIBONA
Resp. Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Relatore
Tipo di Conferenza
Località
Data
Mod. EC 10
%
2002
Struttura
Codice
Resp. Naz.:
Esperimento
TRIBONA
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Data prevista per
il completamento
Descrizione
livello raggiunto
alla data prevista
in %
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
Data completamento
Descrizione
Mod. EC/EN 11
Codice
Esperimento
TRIBONA
Resp.Naz.:
Struttura
Gruppo
5
Filippo Terrasi
NAPOLI
Cognome e Nome
Argomento
Cognome e Nome
Struttura
Funzioni svolte
%
%
%
l'esperimento:
2001
Nome primo autore
Rivista
Mod. EC/EN 11a
Numero
Pagine
Data

composizione dei gruppi di ricerca: a) - ricercatori - AC INFN

Transcript

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