In vitro lingual bracket evaluation of indirect bonding with plasma arc, LED and halogen light

Authors - Magno AFF, Martins RP, Vaz LG, Martins LP Objectives - Evaluate the shear bond strength (SBS) and the adhesive remnant index (ARI) of indirect bonded lingual brackets using xenon plasma arc light, light-emitting diode (LED) and conventional quartz-tungsten-halogen light. Material and Methods - Lingual brackets were bonded indirectly to 60 premolars divided to three groups according to the curing light used: Group 1, plasma arc for 6 s; Group 2, LED for 10 s; and Group 3, halogen light for 40 s. After bonding, the specimens were subjected to a shear force until debonding. The debonding pattern was assessed and classified according to the ARI scores. The mean shear bond strengths were accessed by anova followed by the Student-Newman-Keuls test for multiple comparisons. ARI scores were assessed using the chi-square test. Results - The three groups showed significant differences (p < 0.001), with the averages of group 1 < group 2 < group 3. Groups showed no differences regarding ARI scores. Conclusion - Bonding lingual brackets indirectly with plasma arc, during 60% of the time used for the LED, produced lower SBS than obtained with the latter. Using LED during 25% of the time of the halogen light produced lower SBS than obtained with the latter. These differences did not influence the debonding pattern and are clinically acceptable according to the literature. © 2010 John Wiley & Sons A/S.

Optical and transport properties of rare-earth trivalent ions located at different sites in sol-gel SnO2

Photoluminescence and photo-excited conductivity data as well as structural analysis are presented for sol-gel SnO2 thin films doped with rare earth ions Eu3+ and Er3+, deposited by sol-gel-dip-coating technique. Photoluminescence spectra are obtained under excitation with various types of monochromatic light sources, such as Kr+, Ar+ and Nd:YAG lasers, besides a Xe lamp plus a selective monochromator with UV grating. The luminescence fine structure is rather different depending on the location of the rare-earth doping, at lattice symmetric sites or segregated at the asymmetric grain boundary layer sites. The decay of photo-excited conductivity also shows different trapping rate depending on the rare-earth concentration. For Er-doped films, above the saturation limit, the evaluated capture energy is higher than for films with concentration below the limit, in good agreement with the different behaviour obtained from luminescence data. For Eu-doped films, the difference in the capture energy is not so evident in these materials with nanoscocopic crystallites, even though the luminescence spectra are rather distinct. It seems that grain boundary scattering plays a major role in Eu-doped SnO2 films. Structural evaluation helps to interpret the electro-optical data. © 2010 IOP Publishing Ltd.

Síntese de nanoestruturas de ZnO por redução carbotérmica e hidrotermal, assistido por micro-ondas: caracterização como sensor

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Sintese e aplicação de filmes biocomponentes nanoestruturados de 'TI'/'TI''O IND.2'/'W''O IND.3' por template e 'SI'/'TI''O IND.2'/'PT' por heterojunção em conversão de energia solar e remediação ambiental

Pós-graduação em Química - IQ

Kinetic role of a histidine residue in the T1 copper site of the laccase from Rigidoporus lignosus

Laccases (benzendiol:oxygen oxidoreductases; EC 1.10.3.2) catalyze the oxidation of a broad range of substrates, such as polyphenols, dyes and pollutants, and thus these enzymes are widely applied in industrial, biotechnological and environmental fields. In order to improve their biotechnological applications, a deep knowledge of structural factors involved in controlling their activity, in various experimental conditions and on different substrates, is required. In the present study, a laccase from the mushroom Rigidoporus lignosus was kinetically characterized. In particular, the stability, the effects of pH, ionic strength and fluoride ion concentration on the kinetic parameters were investigated, using three di-hydroxy-benzene isomers (1,2-dihydroxy-benzene, 1,3-dihydroxy-benzene and 1,4-dihydroxy-benzene) as substrates. The catalytic constant values of the laccase showed a bell-shaped pH profile, with the same optimum pH and pK(a) values for all tested substrates. This behavior appears to be due to the presence of an ionizable residue in the enzyme active site. To identify this residue, the enzyme was derivatized with diethylpyrocarbonate to modify accessible histidine residues, which, according to structural data, are present in the active site of this enzyme. The kinetic behavior of the derivatized laccase was compared with that of the native enzyme and the derivatized residues were identified by mass spectrometry. Mass spectrometry and kinetic results suggest the main role of His-457 in the control of the catalytic activity of laccase from R. lignosus. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Resistência ao cisalhamento de bráquetes fotopolimerizados com arco de plasma, LED e luz halógena utilizando diferentes tempos

This study evaluated in vitro the shear bond strength of brackets bonded with xenon plasma arc light, light-emitting diode (LED) and conventional halogen light using different curing times. Brackets were bonded to the buccal surface of 60 human maxillary premolars allocated to five groups. In groups 1 and 2, the resin was cured with the plasma arc for three and six seconds (s), respectively; in groups 3 and 4, the LED was used for five and ten s, respectively; and in group 5, the halogen light was used for 40 s. The specimens were stored in water for 24 hours and subjected to a shear force until bracket failure. The debonding pattern was classified according to the adhesive remnant index (ARI). The results were assessed by Anova and the SNK post-hoc test. No differences were detected among groups 2, 4 and 5, which showed higher averages than groups 1 and 3, which were not different between themselves. The ARI scores showed no differences among the three types of light sources in all times tested. Plasma arc and LED lights can be used with shorter curing times, within certain limits, than conventional halogen light for bonding orthodontic brackets, without decreasing bond strength.

The Ultraviolet Protection Factor of Naturally-pigmented Cotton

Textile Technology: The sun-blocking properties of a textile are enhanced when a dye, pigment, delustrant, or ultraviolet absorber finish is present that absorbs ultraviolet radiation and blocks its transmission through a fabric to the skin. For this reason, dyed fabrics provide better sun protection than bleached fabrics. Since naturally-colored cottons contain pigments that produce shades ranging from light green to tan and brown, it seemed reasonable to postulate that they would provide better sun protection than conventional bleached cotton, and that natural pigments might prove more durable to laundering and light exposure than dyes, but there is no published research on the ultraviolet transmission values for naturally-pigmented cottons. The purpose of this study was to determine the ultraviolet protection (UPF) values of naturally-pigmented cotton in three shades (green, tan, and brown), and the effect of light exposure and laundering on the sun-blocking properties of naturally-pigmented cotton. Naturally-pigmented cotton specimens were exposed to xenon light and accelerated laundering, ultraviolet transmission values measured, and UPF values calculated following light exposure and laundering. The naturally-pigmented cottons exhibited significantly higher UPF values than conventional cotton (bleached or unbleached). Although xenon light exposure and laundering caused some fading, the UPF values of naturally-pigmented cotton continue to be sufficiently high so that all three shades continue to provide good sun protection after the equivalent of 5 home launderings and 80 American Association of Textile Chemists and Colorists fading units (AFUs) of xenon light exposure.

Smart histogram analysis applied to the skull-stripping problem in T1-weighted MRI

In this paper we address the "skull-stripping" problem in 3D MR images. We propose a new method that employs an efficient and unique histogram analysis. A fundamental component of this analysis is an algorithm for partitioning a histogram based on the position of the maximum deviation from a Gaussian fit. In our experiments we use a comprehensive image database, including both synthetic and real MRI. and compare our method with other two well-known methods, namely BSE and BET. For all datasets we achieved superior results. Our method is also highly independent of parameter tuning and very robust across considerable variations of noise ratio.

Entwicklung eines leistungsstarken Polarisators und Kompressors für 3 He für medizinische MR Tomographie

Zusammenfassung: Michael EbertEntwicklung eines leistungsstarken Polarisators und Kompressorsfür 3-He für medizinische MR Tomographie Durch Optisches Pumpen von metastabilem3-He*--Gas bei einem Druck von 1 mb und Spinübertrag mittels Metastabileraustauschstöße aufden Grundzustand, wird 3-He auf 53 % bei einemmittleren Fluß von f = 58 bar*liter/Tag aufpolarisiert. Bei einem Fluß von f = 122bar*l/Tag wird immer noch eine Polarisation von 30 % erzielt. DurchSteigerung der Laserleistung von derzeit 12 Watt aufwünschenswerte 30 Watt, könnten beigleichem Fluß Kernspinpolarisationen des Heliums von 70 % erreicht werden. Mittels einer eigens entwickelten Ganzmetall--Titan--Kolbenpumpeerfolgt die Kompression in zwei Stufen. Zuerst wird einZwischenvolumen auf Drücke 200 bis 800 mb,je nach Anwendung gefüllt. Mit dem selben Kompressor könnenanschließend abnehmbare, verschließbare Experimentierzellen ausdiesem Zwischenvolumen auf Drücke 1 bis 6 bar gefüllt werden. Auf Grund des großen Hubvolumens von 15,4 Liter können große Gasmengen proKompressionszyklus verdichtet werden. Wegen des großen Verhältnisaus Kompressionshub h = 100 cm undKompressordurchmesser 14 cm kommt es imKompressionsraum zu keinen meßbaren Polarisationsverlusten.Zusammen mit dem großen Kompressionsfaktor von K = 10000sind diese konstruktiven Maßnahmen für den vollständigen Erhaltder Polarisation bei der Kompression des polarizierten 3-He--Gasesverantwortlich. Diese großen Gasmengen an hyperpolarisiertem 3-He haben ersteklinische Studien funktioneller Lungen--MRT ermöglicht. DurchMessung des Sauerstoffpartialdrucks und dessen Abnahmerate, derBestimmung der Ventillation und Messung der DiffusionskonstantenADC in der Lunge, können die Funktionen dieses Organs lokalquantitativ beurteilt werden.

Weiterentwicklung einer Produktionsanlage und der Speicherungs- bzw. Transportkonzepte für hochpolarisiertes 3He

Der Bedarf an hyperpolarisiertem 3He in Medizin und physikalischer Grundlagenforschung ist in den letzten ca. 10-15 Jahren sowohl in Bezug auf die zu Verfügung stehende Menge, als auch auf den benötigten Grad der Kernspinpolarisation stetig gestiegen. Gleichzeitig mußten Lösungen für die polarisationserhaltende Speicherung und den Transport gefunden werden, die je nach Anwendung anzupassen waren. Als Ergebnis kann mit dieser Arbeit ein in sich geschlossenes Gesamtkonzept vorgestellt werden, daß sowohl die entsprechenden Mengen für klinische Anwendungen, als auch höchste Polarisation für physikalische Grundlagenfor-schung zur Verfügung stellen kann. Verschiedene unabhängige Polarimetriemethoden zeigten in sich konsistente Ergebnisse und konnten, neben ihrer eigenen Weiterentwicklung, zu einer verläßlichen Charakterisierung des neuen Systems und auch der Transportzellen und –boxen eingesetzt werden. Die Polarisation wird mittels „Metastabilem Optischen Pumpen“ bei einem Druck von 1 mbar erzeugt. Dabei werden ohne Gasfluß Werte von P = 84% erreicht. Im Flußbetrieb sinkt die erreichbare Polarisation auf P ≈ 77%. Das 3He kann dann weitgehend ohne Polarisationsver-luste auf mehrere bar komprimiert und zu den jeweiligen Experimenten transportiert werden. Durch konsequente Weiterentwicklung der vorgestellten Polarisationseinheit an fast allen Komponenten kann somit jetzt bei einem Fluß von 0,8 barl/h eine Polarisation von Pmax = 77% am Auslaß der Apparatur erreicht werden. Diese skaliert linear mit dem Fluß, sodaß bei 3 barl/h die Polarisation immer noch bei ca. 60% liegt. Dabei waren die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Verbesserungen an den Lasern, der Optik, der Kompressionseinheit, dem Zwischenspeicher und der Gasreinigung wesentlich für das Erreichen dieser Polarisatio-nen. Neben dem Einsatz eines neuen Faserlasersystems ist die hohe Gasreinheit und die lang-lebige Kompressionseinheit ein Schlüssel für diese Leistungsfähigkeit. Seit Herbst 2001 er-zeugte das System bereits über 2000 barl hochpolarisiertes 3He und ermöglichte damit zahl-reiche interdisziplinäre Experimente und Untersuchungen. Durch Verbesserungen an als Prototypen bereits vorhandenen Transportboxen und durch weitgehende Unterdrückung der Wandrelaxation in den Transportgefäßen aufgrund neuer Erkenntnisse über deren Ursachen stellen auch polarisationserhaltende Transporte über große Strecken kein Problem mehr dar. In unbeschichteten 1 Liter Kolben aus Aluminosilikatglä-sern werden nun problemlos Speicherzeiten von T1 > 200h erreicht. Im Rahmen des europäi-schen Forschungsprojektes „Polarized Helium to Image the Lung“ wurden während 19 Liefe-rungen 70barl 3He nach Sheffield (UK) und bei 13 Transporten 100 barl nach Kopenhagen (DK) per Flugzeug transportiert. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, daß die Problematik der Kernspinpolarisationser-zeugung von 3He, die Speicherung, der Transport und die Verwendung des polarisierten Ga-ses in klinischer Diagnostik und physikalischen Grundlagenexperimenten weitgehend gelöst ist und das Gesamtkonzept die Voraussetzungen für allgemeine Anwendungen auf diesen Gebieten geschaffen hat.

Photoemissions-Elektronenmikroskopie an Adsorbatsystemen

Die Photoemissions-Elektronenmikroskopie ist eine hervorragend geeignete Methode zur Untersuchung dynamischer Vorg&auml;nge auf realen polykristallinen Oberfl&auml;chen im sub-&mu;m Bereich. Bei der Anwendung auf Adsorbatsysteme lassen sich geringe Bedeckungsunterschiede, sowie Adsorbatstrukturen und -phasen unterscheiden. Die Methode erlaubt dabei ein breites Anwendungsspektrum &uuml;ber weite Temperaturbereiche und Systeme unterschiedlichster Bindungsenergie. Bei der Chemisorption von Sauerstoff auf polykristallinen Metallen wird unterschiedliches Aufwachsverhalten in den Helligkeitswerten im Mikroskopbild widergespiegelt. Bei Kupferproben zeigen Oberfl&auml;chen mit unterschiedlicher kristalliner Richtung aufgrund der Symmetrie des fcc-Gitters ein &auml;hnliches Verhalten. Das hexagonale Gitter des Titans zeigt dagegen gro&szlig;e Unterschiede im Adsorptionsverhalten in Abh&auml;ngigkeit der kristallinen Richtung. Diese Unterschiede konnten auf verschiedene Haftkoeffizienten und Oxidationsstufen der Metalle zur&uuml;ckgef&uuml;hrt werden. In einem Modell zur Photostromanalyse konnte beim Kupfer der &Uuml;bergang von verschiedenen &Uuml;berstrukturen bei wachsender Bedeckung gezeigt und die &Uuml;berg&auml;nge ermittelt werden.. Auf den Titanoberfl&auml;chen wurde so das Wachstum der Oxide TiO, TiO<SUB>2</SUB> und Ti<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> unterschieden und die &Uuml;berg&auml;nge des unterschiedlichen Wachstums ermittelt. Bei der thermischen Desorption der Schichten konnten unterschiedliche Haftkoeffizient auf einzelnen Kristalliten qualitativ gezeigt werden. Diese erstmalig eingesetzte Analysemethode weist &Auml;hnlichkeiten zur Thermo-Desorptions-Spektroskopie (TDS) auf, zeigt jedoch ortsaufgel&ouml;st lokale Unterschiede auf polykristallinen Oberfl&auml;chen. Bei thermisch gest&uuml;tzten Oberfl&auml;chenreaktionen lie&szlig;en sich die Reaktionskeime deutlich identifizieren und mit einer Grauwertanalyse konnte die Oxidation der karbidischen Lagen zu Kohlenmonoxid und die Metalloxidation unterschieden werden. Dabei konnte gezeigt werden, da&szlig; die Reaktionskeime nur an Plattengrenzen auftreten, nicht jedoch auf der Oberfl&auml;che. Durch die Aufrauhung der Plattengrenzen mit zunehmender Reaktionsdauer nimmt die Zahl der Reaktionskeime kontinuierlich zu, die laterale Ausdehnung der Einzelreaktionen bleibt aber konstant. Bei der Physisorption von Xenon auf Graphit wurde erstmals f&uuml;r die Photoemissionsmikroskopie die resonanten Anregung ausgenutzt. Die verschiedenen Phasen des Adsorbats k&ouml;nnen dabei deutlich unterschieden werden; bei niedrigen Temperaturen (40K) findet ein gleichm&auml;&szlig;iges Wachstum auf der gesamten Oberfl&auml;che statt, bei h&ouml;heren Temperaturen von 60-65K ist dagegen ein Inselwachstum in verschiedenen Phasen zu beobachten. Die zeitliche Entwicklung des Wachstums, die &ouml;rtliche Lage der Phasen und die Phasen&uuml;berg&auml;nge (gas, fest inkommensurabel, fest kommensurabel) konnten bestimmt werden. Bei der Desorption der Schichten konnten die einzelnen Phasen ebenfalls getrennt werden und das unterschiedliche Desorptionsverhalten sowie die Phasen&uuml;berg&auml;nge selber verifiziert werden.

Synthese und Photochemie von Dendrimeren mit stilbenoiden Chromophoren

Dendrimere spielen als strukturtreue Nanopartikel eine herausragende Rolle. Ziel dieser Arbeit war, Dendrimere mit einer hohen Dichte an photoaktiven Chromophoren herzu-stellen und zu untersuchen. Dazu wurden die terminalen Aminogruppen von Poly(propylenimin)dendrimeren 1. und 2. Generation, Astramol DAB-Am-4R und DAB-Am-8R, mit Stilbenen und Styrylstilbenen als Chromophor verknüpft. Mittels Wittig-Horner- und Heck-Reaktion wurden (E)-Stilbene aufgebaut, die auf der einen Seite drei Propoxygruppen zur Verbesserung der Löslichkeit und auf der anderen Seite eine passende Funktionalität zur Verknüpfung mit dem dendritischen Core tragen. Als Verknüpfungsmethoden wurden die Verknüpfung als Amid (PSDA), Schiffsche Base (PSDS) und Harnstoff (PSDH) getestet. Die Schiffschen Basen wurden außerdem zur Erhöhung der Hydrolysestabilität zum sekundären Amin reduziert (PSDR und PQDR). Durch die Verknüpfung mit dem Core werden die stilbenoiden Chromophore sehr stark photoaktiviert. Das beruht auf einem Singulett-Energietransfer (Förster-Mechanismus) von Chromophor zu Chromophor. Dieser Prozeß konkurriert zu den Deaktivierungsprozessen, verlängert die mittlere S1-Lebensdauer und erhöht somit die Chancen der Photochemie. Der Styrylstilben-Chromophor hat darüber hinaus einen erheblichen Teil seiner UV-Absorbtion bereits im Tageslicht und photopolymerisiert daher bereits im Tageslicht. Vor allem bei den Dendrimeren 2. Generation stellte sich die Frage nach der vollständigen, d.h. achtfachen Umsetzung; das Core sollte als Knäuel vorliegen, die Arme zum Teil nach innen gefaltet und somit dem Reaktand nur bedingt zugänglich. Auch dort konnten unter optimierten Reaktionsbedingungen alle Aminogruppen umgesetzt werden. Die vollständige Umsetzung der Dendrimere wurde mittels NMR und massenspektroskopischen Methoden untersucht. Bei den Absorptionsspektren der Dendrimere 1. Generation ändert sich die Lage der Maxima je nach Art der Verknüpfung der Chromophore mit dem Core. Die Verlängerung des Chromophors um eine Styryleinheit bedingt eine beträchtliche Rotverschiebung. Die Lage der Emissionsmaxima differiert stärker als die Lage der Absorptionsmaxima. Den geringsten Stokes-Shift weist der Harnstoff auf, dann folgt das sekundäre Amin, dann die Schiffsche Base. Dies weist auf unterschiedlich relaxierte S1-Geometrien hin. Die Verbindungen PSDS1, PSDR1 und PSDH1 aus 3,4,5-Tripropoxystilbeneinheit und Astramol-Core 1. Generation DAB-Am-4 wurden in einer Konzentration von 10-5 mol/L belichtet. Der vollständige Photoabbau durch Belichtung in Chloroform mit einer Xenon-Lampe erfolgte ohne jeglichen Filter innerhalb von zehn Minuten (PSDH1), 20 Minuten (PSDR1) und einer Stunde (PSDS1). Allen drei Verbindungen gemeinsam ist das Entstehen eines intermediären neuen Maximums geringer Intensität, das um etwa 100 nm bathochrom verschoben ist. Das Harnstoffsystem weist außerdem ein weiteres intermediäres Maximum bei 614 nm auf. Diese Maxima können (laut früherer Untersuchungen) durch Oxidation entstandenen chinoiden Strukturen zugeordnet werden, deren Lebensdauer (im Sekundenbereich) zu kurz für eine NMR-Charakterisierung ist. PSDR1 wurde außerdem bei höheren Konzentrationen (10-4 und 10-3 mol/L) mit einer Quecksilberlampe mit Pyrex-Filter (lambda > 300 nm) belichtet. Dabei wird, wie erwartet, eine Verbreiterung der NMR-Signale beobachtet. Es bildet sich zunächst cis-Stilben. Außerdem läßt sich bei 4.3 ppm ein Signal beobachten, das von inter- oder intramolekular gebildeten Methinprotonen herrührt. Auch wenn laut MOPAC- und Kraftfeldrechnung die Doppelbindungen ungünstig für eine [pi2s + pi2s]-Cyclodimerisierung zueinander stehen, kann im photochemisch angeregten Zustand eine Geometrie vorherrschen, die die intramolekulare Kopf-Kopf-Cyclobutanbildung ermöglicht. Die massenspektrometrischen Untersuchungen der Belichtungsprodukte (FD, ESI, MALDI-TOF) zeigen als höchste Masse lediglich das Monomer. Allerdings kann dadurch nicht auf eine rein intramolekulare Reaktion geschlossen werden. Die fortschreitende statistische CC-Verknüpfung kann schnell zu vernetzten Nanopartikeln führen, die im Massenspektrometer nicht fliegen. Die NMR-Spektren der mit zunehmender Vernetzung immer schlechter löslich werdenden Teilchen belegen die Oligomerisierung.

Diffusion of laser polarized gases in MRI

The use of Magnetic Resonance Imaging (MRI) as a diagnostic tool is increasingly employing functional contrast agents to study or contrast entire mechanisms. Contrast agents in MRI can be classified in two categories. One type of contrast agents alters the NMR signal of the protons in its surrounding, e.g. lowers the T1 relaxation time. The other type enhances the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) signal of specific nuclei. For hyperpolarized gases the NMR signal is improved up to several orders of magnitude. However, gases have a high diffusivity which strongly influences the NMR signal strength, hence the resolution and appearance of the images. The most interesting question in spatially resolved experiments is of course the achievable resolution and contrast by controlling the diffusivity of the gas. The influence of such diffusive processes scales with the diffusion coefficient, the strength of the magnetic field gradients and the timings used in the experiment. Diffusion may not only limit the MRI resolution, but also distort the line shape of MR images for samples, which contain boundaries or diffusion barriers within the sampled space. In addition, due to the large polarization in gaseous 3He and 129Xe, spin diffusion (different from particle diffusion) could play a role in MRI experiments. It is demonstrated that for low temperatures some corrections to the NMR measured diffusion coefficient have to be done, which depend on quantum exchange effects for indistinguishable particles. Physically, if these effects can not change the spin current, they can do it indirectly by modifying the velocity distribution of the different spin states separately, so that the subsequent collisions between atoms and therefore the diffusion coefficient can eventually be affected. A detailed study of the hyperpolarized gas diffusion coefficient is presented, demonstrating the absence of spin diffusion (different from particle diffusion) influence in MRI at clinical conditions. A novel procedure is proposed to control the diffusion coefficient of gases in MRI by admixture of inert buffer gases. The experimental measured diffusion agrees with theoretical simulations. Therefore, the molecular mass and concentration enter as additional parameters into the equations that describe structural contrast. This allows for setting a structural threshold up to which structures contribute to the image. For MRI of the lung this allows for images of very small structural elements (alveoli) only, or in the other extreme, all airways can be displayed with minimal signal loss due to diffusion.

Caratterizzazione e calibrazione dei fotomoltiplicatori del sistema di veto di muoni per l'esperimento xenon1t

Alcune osservazioni sperimentali portano ad affermare che la maggior parte della massa dell'universo è costituita da un tipo di materia definita oscura, cioè materia che interagisce solo gravitazionalmente e debolmente. I candidati più promettenti sono tipicamente identificati con le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). L'esperimento XENON1T per la rivelazione di materia oscura, in fase di costruzione nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, sfrutta uno spessore di 1.4 km di roccia schermante. Il rivelatore è una Time Projection Chamber contenente circa 2 tonnellate di xeno e avrà sensibilità per sezioni d’urto WIMP-nucleo spin-indipendent pari a circa 2x10-47 cm2 (per WIMP di massa 50 GeV/c2), due ordini di grandezza al di sotto degli attuali limiti. Per raggiungere tale sensibilità la TPC sarà inserita in una tank cilindrica riempita di acqua ultrapura, che fungerà sia da schermo passivo contro la radiazione esterna (gamma e neutroni di bassa energia), sia da veto per i muoni cosmici. I muoni possono infatti produrre neutroni di energia tale da raggiungere la TPC e simulare segnali tipici delle WIMP. Essi sono identificati per via della radiazione Cherenkov, emessa in seguito al loro passaggio in acqua, rivelata per mezzo di 84 fotomoltiplicatori (PMT) 8'' Hamamatsu R5912ASSY HQE. Lo studio delle prestazioni e delle caratteristiche dei PMT utilizzati nel sistema di veto di muoni sono lo scopo di questo lavoro di tesi. In particolare è stato preparato un opportuno setup per i test dei fotomoltiplicatori e sono state effettuate misure di guadagno, dark rate ed afterpulse. In una prima fase sono stati testati in aria 50 PMT presso la Sezione INFN di Bologna, nel periodo compreso tra Novembre 2012 e Marzo 2013 ed in una seconda fase sono stati testati in acqua 90 PMT presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, nel periodo compreso tra Aprile e Settembre 2013.

Studio delle interazioni dei neutroni nell'esperimento xenon1t

La presenza di materia oscura nell'universo venne ipotizzata negli anni '30 a seguito di alcune anomalie nei risultati sperimentali ottenuti in astrofisica e cosmologia. La distribuzione di materia ottenuta non concordava infatti con i dati provenienti dalle osservazioni astronomiche e gli scienziati ipotizzarono l'esistenza di un tipo di materia, denominata appunto materia oscura, che interagisse debolmente con la radiazione elettromagnetica e fosse quindi interamente invisibile ai telescopi, sia che fossero a radiofrequenze che operanti nel campo del visibile o con raggi gamma e X, ma che producesse effetti gravitazionali. Nel corso degli anni si sono aggiunte ulteriori evidenze a sostegno dell'esistenza di materia oscura, provenienti anche dallo studio della cosmologia, e numerosi esperimenti (tra cui XENON, IGEX, DAMA/LIBRA) sono stati condotti per cercare di determinare tipo e massa delle particelle o la loro abbondanza (PLANCK). Il lavoro di questa tesi consiste in uno studio delle interazioni dei neutroni con lo xenon per l'esperimento XENON1T. I neutroni costituiscono un fondo particolarmente pericoloso per l'esperimento, in quanto producono uno scattering direttamente sul nucleo allo stesso modo delle particelle di materia oscura. Nel lavoro svolto sono state dapprima analizzate le caratteristiche delle singole interazioni con lo xenon contenuto nella camera, per poi passare ad uno studio più specifico sul comportamento dei neutroni prodotti dai fotomoltiplicatori del rivelatore. In seguito alle analisi svolte è stato possibile caratterizzare il fondo di neutroni in modo più preciso, permettendo di determinare alcuni criteri di selezione per il loro riconoscimento.