IT202000002359A1 - Elettrodo piano a resistività superficiale modulabile e rivelatori basati su di esso - Google Patents
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Description
ELETTRODO PIANO A RESISTIVIT? SUPERFICIALE MODULABILE E RIVELATORI
BASATI SU DI ESSO.
La presente invenzione si riferisce ad un elettrodo piano resistivo a resistivit? di superficie modulabile ed al relativo rivelatore a gas ad elevata risoluzione temporale con elettrodi resistivi a resistivit? di superficie modulabile, per impieghi ad elevati flussi di radiazione. L?elettrodo piano a resistivit? superficiale modulabile ed i rivelatori a gas basati su di esso sono in grado di operare a flussi di radiazione maggiori o uguali 10 kHz/cm<2 >mantenendo caratteristiche di risposta temporale veloce, robustezza alla radiazione, semplicit? costruttiva ed economicit?.
Sebbene la presente invenzione sia principalmente orientata verso applicazioni negli esperimenti di fisica delle alte energie, pu? essere applicata in altri campi e per altre applicazioni in cui sono necessari tracciatori ad alta risoluzione e di grande area, quali ad esempio in calorimetria adronica digitale a campionamento, diagnostica ad immagine con raggi-X e neutroni, vulcanologia e archeologia, e per portali muonici e neutronici per la sicurezza nazionale.
I contatori ad elettrodi piani resistivi, RPCs (Resistive Plate Counter), sono dei rivelatori a gas ad elettrodi piani paralleli resistivi, di spessore tipicamente da 1 a 2 mm (millimetri) e con resistivit? di volume che varia nel range da 10<11 >a 10<12 >??cm (Ohm?centimetro). L?intercapedine (gap) di gas ? tipicamente di 2 mm. Le miscele di gas sono sostanzialmente di due tipi: uno per operazione del rivelatore in regime di scarica limitata, o streamer, (Ar/iso-butano/freon con frazioni importanti di gas quencher, i.e. isobutano); l?altro per operazione del rivelatore in regime a valanga, o avalanche, (Freon/iso-butano/SF6, con piccole quantit? di iso-butano e tracce di SF6 per la soppressione dello streamer). Il rivelatore, operato a tensioni e quindi campi elettrici molto elevati, fornisce elevate risoluzioni temporali dell?ordine di almeno 1 nanosecondo, su dimensioni del rivelatore dell?ordine del metro quadro a costi contenuti. Storicamente sono stati realizzati RPC con elettrodi in bakelite (si veda l?articolo di R. Santonico e R. Cardarelli. ?Development of resistive plate counters.?, Nucl. Instr. and Meth., 187:377?380, 1981), mentre all?inizio degli anni ?90 sono state sperimentate soluzioni con elettrodi in vetro float, cio? vetro commerciale, si veda ad esempio l?articolo di M. Anelli, G. Bencivenni et al., ?Glass electrode spark counters? ,Nucl. Instr. and Meth. A300 (1991) 572-574.
Una delle sfide maggiori che dura da decenni (e.g., cfr. gli articoli di: V. Parchomchuk et al., ?A spark counter with large area?, Nucl. Instr. and Meth., 93:269 ?276, 1971;R. Santonico and R. Cardarelli, ?Development of resistive plate counters?, Nucl. Instr. and Meth., 187: 377?380, 1981; R. Cardarelli, R. Santonico, and V. Makeev,?Avalanche and streamer mode operation of resistive plate chambers.?, Nucl. Instr. Meth., A 382:470?474, 1996) ? il miglioramento della rate capability del rivelatore, ossia della capacit? del rivelatore di operare in maniera stabile, cio? conservando le proprie prestazioni, ad un determinato flusso di radiazione (rate).
Si hanno rate capability da decine di Hz/cm<2 >(Hertz/centimentro<2>), per gli RPC operati in regime di streamer, a centinaia di Hz/cm<2>, per i Pestov Counter (basati essenzialmente su vetri semiconduttivi a bassissima resistivit? di volume, da 10<9 >a 10<10 >??cm), fino a circa qualche kHz/cm<2>, per gli RPC che operano in regime di avalanche.
La natura resistiva degli elettrodi, caratteristica fondamentale del rivelatore di cui garantisce la stabilit?, costituisce anche la maggiore causa di limitazione della rate capability del rivelatore. Il tempo ? di recupero del campo elettrico nell?intorno della zona di passaggio della particella dipende linearmente dal prodotto R x C, dove R ? correlato alla resistivit? volumetrica dell?elettrodo e C alla capacit? dello stesso (e della gap gassosa).
Le strategie per il miglioramento della rate capability in questi decenni sono state incentrate prevalentemente su due strade: 1) la ricerca di miscele di gas che hanno permesso il passaggio dal regime di streamer a quello di avalanche che a parit? di resistivit? fornisce un considerevole guadagno in rate capability, grazie alla riduzione considerevole della carica generata dal passaggio delle particelle ionizzanti; 2) la ricerca di materiali a bassa resistivit? di volume da usare come elettrodi planari.
La prima strada ha richiesto ovviamente la realizzazione di elettronica di pre-amplificazione sempre pi? sofisticata e veloce (R. Cardarelli et al., ? Avalanche and streamer mode operation of resistive plate chambers?, Nucl. Instr. Meth., A 382:470?474, 1996). La seconda strada non sembra facilmente percorribile, ad esempioi vetri semiconduttivi tipo Pestov non sono di facile industrializzazione. Negli anni ?90 sono stati realizzati dall?inventore di questa invenzione, in collaborazione con la ?Stazione Sperimentale del vetro? (SSV) di Murano, dei prototipi di vetro semiconduttivo di resistivit? di volume dell?ordine di 10<10 >??cm ottenendo risultati interessanti, ma che avrebbero richiesto investimenti considerevoli per giungere ad una produzione industriale.
Scopo della presente invenzione, quindi, ? quello di realizzare rivelatori a gas ad elettrodi piani in grado di operare a flussi di radiazione maggiori di 10 kHz/cm<2>, che siano efficienti, semplici da realizzare ed economici e che non abbiano necessit? di una elettronica di lettura sofisticata.
Forma oggetto specifico della presente invenzione un elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile comprendente una di supporto accoppiata ad uno strato di materiale polimerico su cui ? depositato uno strato di DLC connesso ad un gruppo di connessione configurato per essere collegato ad un alimentatore di alta tensione.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, detto elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile pu? avere una resistivit? superficiale che ? modulabile cambiando valori di uno o pi? parametri di deposito dello strato di DLC.
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, detto elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile pu? avere una resistivit? compresa nell?intervallo da 0,1 a 10 G?/square, opzionalmente compresa nell?intervallo da 0,5 a 10 G?/square, pi? opzionalmente uguale ad 1 G?/square.
Secondo un aspetto aggiuntivo dell?invenzione, detto strato di materiale polimerico pu? essere un foglio di poliimmide.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, detta piastra di supporto pu? essere in fibra di vetro, opzionalmente vetronite FR4.
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, detta piastra di supporto pu? essere in materiale polimerico, opzionalmente poliimmide.
Secondo un aspetto aggiuntivo dell?invenzione, detto gruppo di connessione pu? comprendere elementi conduttivi connessi ad almeno un bordo perimetrale dello strato di DLC.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, detto gruppo di connessione pu? comprendere una griglia conduttiva realizzata su una superficie libera dello strato di DLC.
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, detta griglia conduttiva pu? essere una disposizione di strisce conduttive parallele tra loro.
Secondo un aspetto aggiuntivo dell?invenzione, dette strisce conduttive parallele possono avere larghezza dell?ordine di 0,05 mm ? 0,2 mm, opzionalmente uguale a 0,1 mm, e passo dell?ordine del centimetro, opzionalmente compreso nell?intervallo da 5 a 10 cm.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, detto strato di DLC pu? essere connesso al gruppo di connessione tramite una matrice di connessione di vias metallizzate che attraversano la piastra di supporto e lo strato di poliimmide, il gruppo di connessione potendo comprendere elementi conduttivi posizionati sulla superficie della piastra di supporto opposta alla superficie su cui ? depositato lo strato di DLC.
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, detto elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile pu? comprendere uno strato aggiuntivo su cui ? depositato uno strato aggiuntivo di DLC, connesso a detto strato di DLC tramite una matrice aggiuntiva di vias.
Forma altres? oggetto specifico dell?invenzione un rivelatore a gas ad elettrodi piani resistivi comprendente un primo elettrodo piano resistivo ed un secondo elettrodo piano resistivo che sono configurati per essere polarizzati tramite un alimentatore di alta tensione e ciascuno dei quali ? configurato per essere connesso ad un?elettronica di front-end, in cui il primo ed il secondo elettrodo piano resistivo sono accoppiati parallelamente tra loro in modo tale che superfici resistive di ciascun di essi siano affacciate l?una all?altra definendo una gap di gas configurata per contenere gas, in cui il primo ed il secondo elettrodo piano resistivo sono ciascuno un elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile illustrato sopra.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, detto rivelatore a gas ad elettrodi piani resistivi pu? comprendere spaziatori isolanti all?interno della gap di gas configurati per mantenere la dimensione della gap di gas ed evitare fenomeni di scarica all?interno della gap di gas.
Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, ciascuno di detti primo e secondo elettrodo piano resistivo pu? essere ad un circuito stampato di lettura su cui sono fissate delle strisce conduttive di lettura connesse ad un?elettronica di front-end.
Il principale vantaggio del rivelatore secondo l?invenzione ? quello di essere in grado di operare a flussi di radiazione maggiori o uguali 10 kHz/cm<2, >grazie alla resistivit? superficiale facilmente modulabile. L?elettrodo del rivelatore secondo la presente l?invenzione si basa su un concetto completamente diverso da quello utilizzato negli RPC tradizionali. L?elettrodo dell?RPC della tecnica nota, tipicamente in bakelite o vetro caratterizzato da resistivit? di volume non facilmente modulabile, nel nuovo rivelatore secondo la presente invenzione viene sostituito da un elettrodo piano a resistivit? superficiale realizzato con tecniche di deposizione industriali su supporti flessibili o semi-rigidi. Per resistivit? di superficie modulabile si intende una resisitivit? di superficie che varia al variare dei valori dei parametri di deposizione.
Con tecniche standard ? possibile infatti realizzare sottilissimi strati (da 0.1 a 0.5 ?m, micron) di carbonio tipo diamante, anche noto come DLC (Diamond Like Carbon), con resistivit? di superficie che pu? essere variata in un ampio intervallo di valori, cio? da 0.01 a 10 G?/square, variando i valori dei parametri di deposizione, su grandi superfici. A livello industriale sono state realizzate deposizioni di DLC su superfici di circa 60x100 cm<2 >dalla ditta giapponese, la Be-Sputter Ltd di Kobe. Sono state anche realizzate deposizioni di DLC Cu su piccole e medie superfici, cio? da 20x20 cm<2 >fino a 20x100 cm<2>, in via sperimentale da un Istituto di ricerca Cinese, lo USTC di Hefei come descritto in Y. Zhou et al., ?News on DLC Coatings?, contribution to the RD51 Collaboration Meeting and the topical workshop on MPGD Stability, 18-22 June 2018,Technical University of Munich -Munich, Germany.
(https://indico.cern.ch/event/709670/timetable/\#20180622.detailed).
Un ulteriore importante vantaggio del rivelatore secondo l?invenzione ? quello di essere realizzato mediante procedure Sequential Build Up, SBU, standard nell?industria dei circuiti stampati, senza richiedere procedure di etching chimico della componente flessibile (tipicamente polimmide), che rappresenta una delle attuali maggiori limitazioni del trasferimento tecnologico dei procedimenti costruttivi dei rivelatori Micro-Pattern-Gaseous-Detector (MPGD) quali le GEM e i suoi derivati (come anche le ?-RWELL). Attualmente infatti, tali rivelatori necessitano di lavorazioni specifiche non standard in laboratori specializzati quali ad esempio quelli del CERN (Centro Europeo per la Ricerca Nucleare).
Questa caratteristica rende la presente invenzione estremamente interessante perch? permette la produzione di massa a costi contenuti di un rivelatore caratterizzato da prestazioni temporali elevate per la copertura di grandi superfici di rivelazione (tipica di apparati per la rivelazione dei muoni di futura generazione ? FCC-ee, CepC ? dell?ordine delle migliaia di m<2>) in ambiente ad elevati flussi di radiazione.
Nel RPC gli elettroni generati nella valanga si spostano verso l'anodo resistivo, mentre gli ioni positivi si spostano verso il catodo che in linea di principio potrebbe anche essere metallico. Gli elettroni, neutralizzandosi sull'anodo ad alta resistenza, creano una caduta di tensione localizzata, estinguendo il campo elettrico attorno alla posizione della valanga. La caduta di tensione viene recuperata con una costante di tempo ? che dipende dal RC del rivelatore resistivo. Gli ioni positivi possono estrarre elettroni dal catodo che, se il campo elettrico locale fosse sufficientemente elevato, si potrebbero moltiplicare innescando i cosidetti after pulses o una scarica continua. Per far funzionare il rivelatore in modalit? sicura, la costante di tempo caratteristica ? dovrebbe essere molto pi? grande del tempo T<+ >di raccolta degli ioni positivi sul catodo.
Da questa condizione il tecnico medio del ramo ? in grado di dedurre l?ordine di grandezza della resistenza che deve essere sperimentata dall?impulso di corrente prodotto nel rivelatore al passaggio della particella ionizzante. In altre parole, tale resistenza deve essere compresa nell?intervallo da 0,1 a 10 G?, opzionalmente compresa nell?intervallo da 0,5 a 10 G?, pi? opzionalmente uguale ad 1 G?.
La presente invenzione verr? ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle Figure dei disegni allegati, in cui:
la Figura 1 mostra una struttura in sezione di una prima forma di realizzazione di un rivelatore ad elettrodi piani a resistivit? superficiale modulabile secondo l?invenzione;
la Figura 2 mostra una struttura in sezione di una seconda forma di realizzazione di un rivelatore ad elettrodi piani a resistivit? superficiale modulabile secondo l?invenzione;
la Figura 3 una struttura in sezione di una terza forma di realizzazione di un rivelatore ad elettrodi piani a resistivit? superficiale modulabile secondo l?invenzione.
Nelle Figure numeri di riferimento identici saranno utilizzati per elementi analoghi.
Con riferimento alla Figura 1 si descrive nel seguito una prima forma di realizzazione del rivelatore secondo l?invenzione basata su elettrodi a singolo strato resistivo a resistivit? superficiale modulabile compresa nell?intervallo da 0,1 a 10 G?/square, opzionalmente compresa nell?intervallo da 0,5 a 10 G?/square, pi? opzionalmente uguale ad 1 G?/square come descritto meglio nel seguito.
Il rivelatore 100 in Figura 1 comprende un primo elettrodo piano resistivo 110 ed un secondo elettrodo piano resistivo 120 ognuno comprendente una piastra 130 di supporto in fibra di vetro, quale ad esempio vetronite FR4, accoppiata tramite adesivo ad uno strato 131 di materiale polimerico, quale ad esempio poliimmide. Uno strato 135 di DLC a resistivit? modulabile ? depositato sul lato libero dello strato 131, cio? sulla faccia che ? opposta alla piastra 130 di supporto in fibra di vetro, cos? rendendo il rispettivo elettrodo (110 o 120) un elettrodo piano resistivo a resistivit? modulabile.
In altre forme di realizzazione dell?elettrodo piano resistivo secondo l?invenzione, la piastra 130 di supporto ? accoppiata allo strato 131 di poliimmide mediante tecniche diverse dall?incollaggio.
Il primo ed il secondo elettrodo piano resistivo 110, 120 a resistivit? superficiale modulabile sono accoppiati parallelamente tra loro su un telaio 140 di supporto rigido posto perimetralmente al rivelatore, in modo tale che le superfici dei rispettivi strati 135 di DLC che non sono rivolte alle rispettive piastre 130 di supporto (i.e. alle piastre 130 di supporto del rispettivo elettrodo piano resistivo 110 o 120), siano affacciate l?una all?altra e siano mantenute ad una distanza fissa formando una gap 137 contenente gas.
Nella preferita forma di realizzazione dell?invenzione, il telaio 140 di supporto ? realizzato in fibra di vetro, quale ad esempio vetronite FR4.
Le superfici degli strati 135 di DLC che si affacciano sulla gap di gas, vengono opportunamente polarizzate tramite un gruppo 145 di connessione ad un alimentatore 150 di alta tensione. Il gruppo 145 di connessione ? perimetrale, cio? comprende elementi conduttivi che sono connessi ad almeno un bordo perimetrale dello strato 135 di DLC di ciascun primo e secondo elettrodo piano resistivo 110, 120 a resistivit? superficiale modulabile. In altre parole, il gruppo 145 di connessione ? posizionato ai bordi di aree attive del rivelatore 100. Il gruppo 145 di connessione funge allo stesso tempo da sistema di evacuazione della corrente generata dal passaggio della radiazione nella gap 137 di gas.
Come sopra menzionato, si pu? dimostrare che per la resistivit? superficiale dello strato DLC che garantisce il buon funzionamento del rivelatore 100, inteso come compromesso tra il self-quenching delle scariche efficace (stabilit? del rivelatore) e una rate capability accettabile, dell?ordine di circa 1kHz/cm<2>, debba essere tale che la resistenza vista dall?impulso di corrente generato dal passaggio della particella ionizzante nella gap 137 di gas sia preferibilmente dell?ordine di 1 G ?. Resistivit? superficiali molto inferiori, ad esempio inferiori a 100 M ?, porterebbero ad instabilit? del rivelatore (che andrebbe in regime di scarica continua), mentre valori maggiori, ad esempio 10 G ?, porterebbero necessariamente ad una rate capability pi? limitata.
La superficie della piastra 130 di supporto che non ? rivestita dallo strato 135 di DLC di ciascun elettrodo piano resistivo 110, 120 ? accoppiata ad un circuito stampato 160 di lettura (readout) su cui sono fissate delle strisce conduttive 165 di lettura connesse all?elettronica 170 di front-end.
In altre forme di realizzazione del rivelatore secondo l?invenzione la piastra 130 di supporto pu? fungere essa stessa da elettrodo esterno di lettura, per cui le strisce conduttive 165 di lettura sono fissate direttamene sulla piastra 130 di supporto, in particolare sulla superficie della piastra 130 di supporto che non ? rivestita dallo strato 135.
Nel caso di rivelatori secondo l?invenzione aventi grandi dimensioni, ad esempio maggiori di 10 x 10 cm<2>, opzionalmente maggiori di 50 x 50 cm<2>, operati ad elevati flussi di radiazione, cio? maggiori o uguali a 10kHz/cm<2>, la connessione perimetrale della prima forma di realizzazione del rivelatore sopra descritta, non permetterebbe il funzionamento corretto del rivelatore. Infatti, a parit? di resistivit? di superficie la resistenza vista dal singolo impulso di corrente diverge con le dimensioni del rivelatore. Il rivelatore non potrebbe quindi sostenere elevate rate di radiazione. Per questo, gli inventori hanno progettato una seconda forma di realizzazione del rivelatore secondo l?invenzione, illustrata nella Figura 2, avente uno schema di evacuazione di corrente, cio? una connessione al sistema di alimentazione di alta tensione, pi? veloce e leggermente pi? sofisticato, rispetto a quello di connessione perimetrale.
Con riferimento alla Figura 2, il rivelatore 200 comprende un primo ed un secondo elettrodo piani resistivi 210 e 220 accoppiati parallelamente tra loro su un telaio 240 di supporto, ognuno comprendente una piastra 230 di supporto accoppiata ad uno strato 231 di materiale polimerico, quale ad esempio poliimmide, su cui ? depositato uno strato 235 di DLC a resistivit? modulabile.
Il rivelatore 200 ? analogo al rivelatore 100 della prima forma di realizzazione secondo l?invenzione in cui per? il gruppo 245 di connessione all?alimentatore 250 di alta tensione comprende altres?, oltre agli elementi conduttivi connessi ad almeno un bordo perimetrale dello strato 235 di DLC, una sottile griglia conduttiva 247 che viene realizzata sulla superficie libera dello strato 235 di DLC di ciascun primo e secondo elettrodo piano resistivo 210, 220. In altre parole, una sottile griglia conduttiva 247 ? realizzata sulla superficie dello strato 235 di DLC che si affaccia sulla gap 237 di gas di ciascun primo e secondo elettrodo piano resistivo 210, 220.
La griglia conduttiva 247 ? realizzata con una disposizione di sottili strisce conduttive parallele tra loro, connesse all?esterno della zona attiva con l?alimentatore di alta tensione. La larghezza l delle strisce ? compresa tra 0,05 mm e 0,2 mm, opzionalmente uguale ad 0,1 mm, mentre il passo p tra le strisce, cio? il passo della griglia (i.e. la distanza tra due strisce conduttive parallele adiacenti), da regolare ed adattare in funzione delle prestazioni richieste di alta rate, ? dell?ordine di qualche cm, opzionalmente compreso nell?intervallo da 5 a 10 cm.
Il gruppo 245 di connessione, comprendente la griglia conduttiva 247, funge anche da sistema di evacuazione della corrente.
La disposizione degli elettrodi 210, 220 nel rivelatore 200 ? tale che le griglie 247 del primo e del secondo elettrodo piano resistivo 210, 220 sono speculari rispetto ad un piano parallelo agli elettrodi e passante in mezzo alla gap 237.
In ulteriori forme di realizzazione della presente invenzione, la griglia pu? essere realizzata con differenti disposizioni delle strisce conduttive rispetto alla disposizione sopra descritta.
La griglia conduttiva 247 pu? essere realizzata con tecniche standard industriali di screen-printing di paste conduttive. In ulteriori forme di realizzazione, sulla superficie di DLC affacciata alla gap 237 di gas, viene depositato preventivamente uno strato sottile di metallo, opzionalmente di spessore da 4 a 5 micrometri, per cui la griglia conduttiva ? realizzata mediante etching chimico su metallo. In una preferita forma di realizzazione dell?invenzione, il metallo ? rame e lo strato di DLC Cu ? realizzato mediante tecnologia sputtering.
In corrispondenza della sottile griglia conduttiva 247, all?interno della gap 237 di gas, sono realizzati degli spaziatori isolanti 248 realizzati con tecnologie standard dell?industria dei circuiti stampati, per esempio con particolari photoresist commerciali. Il ruolo degli spaziatori isolanti 248 ? duplice: il mantenimento della dimensione della gap 237 e l?isolamento della griglia 247, al fine di evitare fenomeni di scarica all?interno della gap 237 di gas. La zona morta introdotta, considerando una larghezza di ogni spaziatore isolante 248 dell?ordine da 2 a 3 mm sarebbe inferiore o al massimo dell?ordine dell? 1%. Per larghezza si intende la dimensione dello spaziatore parallela all?elettrodo piano resistivo.
La superficie della piastra 230 che non ? rivestita dallo strato 235 di DLC di ciascun elettrodo piano resistivo 210, 220 ? accoppiata ad un circuito stampato 260 di lettura (readout) su cui sono fissate delle strisce conduttive 265 di lettura connesse all?elettronica 270 di front-end.
In altre forme di realizzazione del rivelatore secondo l?invenzione la piastra 230 di supporto pu? fungere essa stessa da elettrodo esterno di lettura, per cui le strisce conduttive 265 di lettura sono fissate direttamene sulla piastra 230, in particolare sulla superficie della piastra 230 che non ? rivestita dallo strato 235.
Un?ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, progettata per operare con grandi superfici ed elevati flussi di radiazione, cio? maggiori o uguali a 10kHz/cm<2>, ? nel seguito descritta con riferimento alla struttura mostrata in Figura 3.
In questa terza forma di realizzazione, analoga alla seconda forma di realizzazione, gli elettrodi piano resistivi 310 e 320 a resistivit? superficiale modulabile sono composti da un doppio-strato resistivo in cui due strati di DLC sono interconnessi elettricamente.
In particolare, il rivelatore 300 comprende un primo elettrodo piano resistivo 310 ed un secondo elettrodo piano resistivo 320 ognuno comprendente una piastra 330 di supporto su cui ? incollato un primo strato 331 di materiale polimerico, quale ad esempio poliimmide. Un primo strato 335 di DLC a resistivit? modulabile ? depositato sul lato libero dello strato 331, cio? sul lato del primo strato 331 di poliimmide che ? opposto alla piastra 330 di supporto in fibra di vetro. Un secondo strato 332 di poliimmide ? accoppiato primo strato 335 di DLC. In altre parole, il secondo strato 332 di poliimmide ? accoppiato direttamente al primo strato 335 di DLC.
Un secondo strato 336 di DLC a resistivit? modulabile ? depositato sul lato libero del secondo strato 332, cio? sul lato che ? opposto al primo strato 331 di poliimmide, in alte parole al primo strato 335 di DLC.
Il primo ed il secondo elettrodo piani resistivi 310, 320 a resistivit? superficiale modulabile sono accoppiati parallelamente tra loro su un telaio di supporto disposto perimetralmente al rivelatore, non mostrato in figura, in modo tale che le superfici dei rispettivi secondi strati 336 di DLC che non sono rivolte alle rispettive piastre 330, siano affacciate l?una all?altra e siano mantenute ad una distanza fissa formando una gap 337 contenente gas.
In ulteriori forme di realizzazione, il telaio di supporto pu? essere semirigido.
Il primo strato 335 di DLC ? connesso al gruppo di connessione 345 all?alimentatore 350 di alta tensione tramite una prima matrice conduttiva 381 di interconnessione di ?vias? metallizzate che attraversano sia la prima piastra 330 di supporto che il primo strato 331 di poliimmide.
Il gruppo 345 di connessione comprende elementi conduttivi posizionati sulla superficie della piastra 330 di supporto affacciata al circuito stampato 360 di lettura, in altre parole sulla superficie opposta alla superficie su cui ? depositato il primo strato 335 di DLC. Tali elementi conduttivi del gruppo 345 di connessione sono in contatto elettrico con le vias della prima matrice conduttiva 381.
Il secondo strato 336 di DLC ? a sua volta interconnesso elettricamente al primo strato 335 di DLC, tramite una seconda matrice conduttiva 382 di interconnessione di ?vias? metallizzate.
Il gruppo di connessione 345 e le matrici 381, 382 di vias hanno la duplice funzione di fornire una via di evacuazione rapida della corrente generata dal passaggio della radiazione nella gap 337 di gas e di polarizzazione dei primi strati 335 di DLC e dei secondi strati 336 di DLC che, essendo a contatto diretto con la gap di gas, fungono da elettrodo piano resistivo del rivelatore.
Il passo delle vias ? dell?ordine di qualche cm e permette di raggiungere rate capability maggiori di 10 kHz/cm<2>, mantenendo una stabilit? del rivelatore molto elevata. In corrispondenza delle vias della seconda matrice conduttiva 382, all?interno della gap 337 di gas del rivelatore sono realizzati degli spaziatori isolanti 348 in photo-resist che hanno la funzione di mantenimento della dimensione della gap e di isolamento della griglia, al fine di evitare fenomeni di scarica all?interno della gap di gas. Gli spaziatori isolanti 348 in photo-resist hanno opzionalmente forma di dischi con un diametro dell?ordine da 2 a 3 mm introducendo cos? una zona morta trascurabile, come descritto precedentemente.
La disposizione degli elettrodi 310, 320 nel rivelatore 300 ? tale che le prime e seconde matrici 381, 382 del primo e del secondo elettrodo piano resistivo 310, 320 sono speculari rispetto ad un piano parallelo agli elettrodi e passante in mezzo alla gap 337.
La superficie della piastra 330 che non ? rivestita dallo strato 335 di DLC di ciascun elettrodo piano resistivo 310, 320 ? accoppiata ad un circuito stampato 360 di lettura (readout) su cui sono fissate delle strisce conduttive 365 di lettura connesse all?elettronica 370 di front-end.
In un?ulteriore forma di realizzazione di un elettrodo piano resistivo secondo l?invenzione, l?elettrodo piano resistivo ? a singolo strato conduttivo, analogamente all?elettrodo piano resistivo 110 (120) della prima forma di realizzazione del rivelatore 100 secondo l?invenzione descritta sopra e mostrata in Figura 1, in cui la connessione dello strato di DLC al gruppo di connessione ? realizzata mediante una matrice conduttiva di vias metallizzate analogamente alla connessione mediante la prima matrice conduttiva 381 di vias metallizzate del primo strato 335 di DLC al gruppo 345 di connessione della terza forma di realizzazione del rivelatore 300 secondo l?invenzione descritta sopra e mostrata in Figura 3.
In ancora ulteriori forme dell?invenzione, l?elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile ? un elettrodo multi-strato cio? comprendente una pluralit? di strati resistivi in cui la pluralit? di strati di DLC sono interconnessi elettricamente mediante una pluralit? di matrici conduttive di vias metallizzate.
In ulteriori forme di realizzazione dell?invenzione, la piastra di supporto ed il circuito stampato di lettura sono semi-rigidi, in altre parole flessibili, configurate quindi per realizzare rivelatori cilindrici. Ad esempio, le piastra di supporto ed il circuito stampato di lettura possono essere realizzati in materiali plastici, quale ad esempio poliimmide.
Il rivelatore secondo l?invenzione ? realizzato mediante procedure SBU, Sequential Build Up, standard della industria operante nel settore dei circuiti stampati rigido-flessibili. In particolare, l?elettrodo piano resistivo della presente invenzione viene realizzato con tecniche di sputtering industriali di DLC su strati di polimmide.
Gli spaziatori isolanti che definiscono la gap di gas all?interno del rivelatore costituiscono un componente meccanico vantaggioso per rivelatori di grande area e possono essere realizzati con materiali e tecnologie normalmente utilizzati nelle lavorazioni dei circuiti stampati.
In quel che precede sono state descritte la preferite forma di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma ? da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ci? uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) a resistivit? superficiale modulabile comprendente una piastra (130; 230; 330) di supporto accoppiata ad uno strato (131; 231; 331) di materiale polimerico su cui ? depositato uno strato (135; 235; 335) di DLC connesso ad un gruppo (145, 245, 345) di connessione configurato per essere collegato ad un alimentatore di alta tensione.
- 2. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) a resistivit? superficiale modulabile secondo la rivendicazione 1 avente una resistivit? superficiale che ? modulabile cambiando valori di uno o pi? parametri di deposito dello strato (135; 235; 335) di DLC.
- 3. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) a resistivit? superficiale modulabile secondo la rivendicazione 1 o 2 avente una resistivit? compresa nell?intervallo da 0,1 a 10 G?/square, opzionalmente compresa nell?intervallo da 0,5 a 10 G?/square, pi? opzionalmente uguale ad 1 G?/square.
- 4. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato (131; 231; 331) di materiale polimerico ? un foglio di poliimmide.
- 5. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la piastra (130; 230; 330) di supporto ? in fibra di vetro, opzionalmente vetronite FR4.
- 6. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui la piastra (130; 230; 330) di supporto ? in materiale polimerico, opzionalmente poliimmide.
- 7. Elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220) a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il gruppo (145, 245) di connessione comprende elementi conduttivi connessi ad almeno un bordo perimetrale dello strato (135; 235) di DLC.
- 8. Elettrodo piano resistivo (210, 220) a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il gruppo (245) di connessione comprende una griglia conduttiva (247) realizzata su una superficie libera dello strato (235) di DLC.
- 9. Elettrodo piano resistivo (210, 220) a resistivit? superficiale modulabile secondo la rivendicazione 8, in cui la griglia conduttiva (247) ? una disposizione di strisce conduttive parallele tra loro.
- 10. Elettrodo piano resistivo (210, 220) a resistivit? superficiale modulabile secondo la rivendicazione 9, dette strisce conduttive parallele hanno larghezza (l) dell?ordine di 0,05 mm ? 0,2 mm, opzionalmente uguale a 0,1 mm, e passo (p) dell?ordine del centimetro, opzionalmente compreso nell?intervallo da 5 a 10 cm.
- 11. Elettrodo piano resistivo (330) a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui lo strato (335) di DLC ? connesso al gruppo (345) di connessione tramite una matrice (381) di connessione di vias metallizzate che attraversano la piastra (330) di supporto e lo strato (331) di poliimmide, il gruppo (345) di connessione comprendendo elementi conduttivi posizionati sulla superficie della piastra (330) di supporto opposta alla superficie su cui ? depositato lo strato (335) di DLC.
- 12. Elettrodo piano resistivo (330) a resistivit? superficiale modulabile secondo la rivendicazione 11, comprendente altres? uno strato aggiuntivo (332) di materiale polimerico su cui ? depositato uno strato aggiuntivo (336) di DLC, connesso a detto strato (335) di DLC tramite una matrice aggiuntiva (382) di vias.
- 13. Rivelatore a gas ad elettrodi piani resistivi (100; 200; 300) comprendente un primo elettrodo piano resistivo (110; 210; 310) ed un secondo elettrodo piano resistivo (120; 220; 320) che sono configurati per essere polarizzati tramite un alimentatore (150; 250; 350) di alta tensione e ciascuno dei quali ? configurato per essere connesso ad un?elettronica (170; 270; 370) di front-end, in cui il primo ed il secondo elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) sono accoppiati parallelamente tra loro in modo tale che superfici resistive di ciascun di essi (135; 235; 336) siano affacciate l?una all?altra definendo una gap (137; 237; 337) di gas configurata per contenere gas, in cui il primo ed il secondo elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) sono ciascuno un elettrodo piano resistivo a resistivit? superficiale modulabile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.
- 14. Rivelatore a gas ad elettrodi piani resistivi (100; 200; 300) secondo la rivendicazione 13, comprendente spaziatori isolanti (248; 348) all?interno della gap (237; 337) di gas configurati per mantenere la dimensione della gap (237; 337) di gas ed evitare fenomeni di scarica all?interno della gap (237; 337) di gas.
- 15. Rivelatore a gas ad elettrodi piani resistivi (100; 200; 300) secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui ciascuno di detti primo e secondo elettrodo piano resistivo (110, 120; 210, 220; 310, 320) ? accoppiato ad un circuito stampato (160; 260; 360) di lettura su cui sono fissate delle strisce conduttive (165, 265; 365) di lettura connesse all?elettronica (170; 270; 370) di front-end.
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