Test di silicon photomultipliers (sipm) accoppiati a scintillatori

In questa tesi si riportano i risultati di uno studio della risoluzione temporale di un fotomoltiplicatore al Silicio (SiPM). La diffusione di questi rivelatori è in notevole aumento sia nelle ricerche di Fisica Nucleare e Subnucleare che nelle applicazioni mediche. I vantaggi sono legati alla loro insensibilità ai campi magnetici e ai facili modi di operazione (piccoli, robusti e con utilizzo a basso voltaggio). Usati sino ad ora per la misura di cariche, sono oggi di grande interesse per possibili applicazioni che richiedano alta risoluzione temporale (sistemi di tempo di volo, trigger, calorimetria). In questo studio sono stati studiati due tipi diversi di accoppiamento Scintillatore-SiPM: diretto o tramite fibre. Per queste analisi sono stati utilizzati diversi metodi di acquisizione e successivamente si sono incrociati i relativi risultati.

Studio di scintillatori accoppiati a SiPM per un tracciatore di particelle cariche

Negli esperimenti con particelle elementari si rende spesso necessario misurarne l’impulso e discriminare il segno della carica con l’ausilio di campi magnetici. Il lavoro presentato in questa tesi si inserisce nell'attività preliminare per la realizzazione di uno spettrometro per muoni con impulso nell'intervallo 0.5-4 GeV, posto all'interno di un campo magnetico in aria. Il prototipo di tracciatore su cui sono state condotte le misure presentate in questa tesi è costituito da diversi piani di barre di scintillatore plastico accoppiate a fotomoltiplicatori al Silicio. Le misure di laboratorio sono state finalizzate a determinare la risoluzione spaziale del prototipo a partire dai segnali di muoni cosmici nelle barre di scintillatore. Dalla ricostruzione delle tracce dei muoni è stata determinata una risoluzione spaziale migliore di 2 mm, che risulta adeguata per lo spettrometro che si vuole realizzare.

Studio della risposta temporale di fotorivelatori con diversi accoppiamenti a scintillatori e diversa elettronica di front end e di read out

Lo scopo di questa tesi è lo studio, mediante misure sperimentali con un telescopio per raggi cosmici, della risposta temporale di rivelatori a scintillazione accoppiati a diversi tipi di fotorivelatori. In particolare sono stati studiati due tipi di fotorivelatori: i fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) ed i rivelatori MicroChannel Plate (MCP); entrambi i sensori presentano ottime caratteristiche per ciò che concerne la risposta temporale. Per una migliore caratterizzazione dei fotorivelatori e per una maggiore completezza dello studio sono stati analizzati anche diversi modelli di accoppiamento tra gli scintillatori ed i sensori, sia a diretto contatto che tramite fibre ottiche. Per cercare di sfruttare al meglio le eccellenti proprietà temporali, sono state utilizzate anche diverse schede di front end veloce e diversa elettronica di read out. In particolare in questa tesi, per la prima volta, è stata usata, per lo studio di questi nuovi fotorivelatori, l’elettronica di front end e read out realizzata per il rivelatore TOF dell’esperimento ALICE a LHC. I risultati di questa tesi rappresentano un punto di partenza per la realizzazione di rivelatori con ottima risoluzione temporale in esperimenti di fisica nucleare ed subnucleare (definizione del trigger, misure di tempo di volo, calorimetria). Altre interessanti applicazioni sono possibili in ambito medico, in particolare strumenti di diagnostica avanzata quali ad esempio la PET.

Tuning the reduction power of supported gold nanoparticle photocatalysts for selective reductions by manipulating wavelength of visible light irradiation

Gold nanoparticles supported on CeO2 were found to be efficient photocatalysts for three selective reductions of organic compounds at ambient temperatures, under irradiation of visible light; their reduction ability can be tuned by manipulating the irradiation wavelength.

Gene duplication is an evolutionary mechanism for expanding spectral diversity in the long-wavelength photopigments of butterflies

Butterfly long-wavelength (L) photopigments are interesting for comparative studies of adaptive evolution because of the tremendous phenotypic variation that exists in their wavelength of peak absorbance (lambda(max) value). Here we present a comprehensive survey of L photopigment variation by measuring lambda(max) in 12 nymphalid and 1 riodinid species using epi-microspectrophotometry. Together with previous data, we find that L photopigment lambda(max) varies from 510-565 nm in 22 nymphalids, with an even broader 505- to 600-nm range in riodinids. We then surveyed the L opsin genes for which lambda(max) values are available as well as from related taxa and found 2 instances of L opsin gene duplication within nymphalids, in Hermeuptychia hermes and Amathusia phidippus, and 1 instance within riodinids, in the metalmark butterfly Apodemia mormo. Using maximum parsimony and maximum likelihood ancestral state reconstructions to map the evolution of spectral shifts within the L photopigments of nymphalids, we estimate the ancestral pigment had a lambda(max) = 540 nm +/- 10 nm standard error and that blueshifts in wavelength have occurred at least 4 times within the family. We used ancestral state reconstructions to investigate the importance of several amino acid substitutions (Ile17Met, Ala64Ser, Asn70Ser, and Ser137Ala) previously shown to have evolved under positive selection that are correlated with blue spectral shifts. These reconstructions suggest that the Ala64Ser substitution has indeed occurred along the newly identified blueshifted L photopigment lineages. Substitutions at the other 3 sites may also be involved in the functional diversification of L photopigments. Our data strongly suggest that there are limits to the evolution of L photopigment spectral shifts among species with only one L opsin gene and that opsin gene duplication broadens the potential range of lambda(max) values.

Second-harmonic generation from biological tissues : effect of excitation wavelength

We report on the measurement of second-harmonic signals from hyperplastic parenchyma and stroma in malignant human prostate tissue under femtosecond pulsed illumination in the wavelength range from 730 to 870 nm. In particular, the relationship of the second-harmonic generation to the excitation wavelength is measured. The result in these two regions behaves considerably differently and thus provides a possible indicator for identifying tissue components and malignancy.

Dependence of second-harmonic signals generated in malignant human prostate tissue on excitation wavelength

The dependence of second harmonic generation (SHG) from hyperplastic parenchyma and stroma in maligant human prostate tissue on excitation wavelengths was measured. A femtosecond pulsed laser, a scanning microscope and a spectrograph were used to perform the measurements. The spectra were measured under excitation power of 10 mW at excitation wavelengths of 730 nm, 750 nm, 800 nm, 850 nm and 890 nm. Analysis suggested that the SHG in prostate tissue is highly structured and wavelength dependent signifying its ability to be used as an indicator for recognizing tissue components, ultrastructures, micro-environments and diseases.

Analysis of distributed beamforming in cooperative communications network with phase shifter based smart antenna nodes

This research study investigates the application of phase shifter-based smart antenna system in distributed beamforming. It examines the way to optimise the transmit power by jointly maximising the directivity of the array antennas and the weight vector for distributed beamforming. This research study concludes that maximising directivity can lead to better transmit power minimisation compared to maximising field intensity. This study also concludes that signal to noise power ratio maximisation subject to a power constraint and power minimisation subject to a signal to noise power ratio constraint yield the same results.

Long Wavelength Peristaltic Transport of Non-Newton Fluids

Solutions are obtained for the stream function and the pressure field for the flow of non-Newtonian fluids in a tube by long peristaltic waves of arbitrary shape. The axial velocity profiles and stress distributions on the wall are discussed for particular waves of some practical interest. The effect of non- Newtonian character of the fluid is examined.

A Novel Opto Electro Mechanical Interrogation System for Measuring Wavelength Shifts in Fiber Bragg Grating (FBG) Sensors

Here, we describe a novel FBG interrogation system in which FBGs are used as both sensing and reference elements. The reference FBGs is bonded to a mechanical flexure system having a linear amplification of 1:3.5, which is actuated using a piezo-actuator by applying a 0-150V ramp. The lengths of the reference gratings decide the maximum strain that can be applied to the reference grating, which in turn decides that strain range which can be interrogated. The main advantages of the present system are the on-line measurement of the wavelength shifts, small size, good sensitivity, multiplexing capability and low cost.