MEASURES AND OBSERVATIONS OF CELESTIAL X AND GAMMA RAYS
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- FILIPPO FRONTERA
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Lo scopo del corso è quello di fornire allo studente della magistrale conoscenze avanzate di Astronomia X e gamma sperimentale, in particolare le sue basi teoriche. Con ciò si vuole fornire allo studente l'abilità di progettare un telescopio di raggi X con le caratteristiche desiderate, di essere in grado di valutarne le prestazioni e poterle ottimizzare.
Prerequisiti
- Conoscenze di base di ottica, meccanica quantistica, relatività e struttura della materia.
Contenuti del corso
- Informazioni che possono essere estratte dalla rivelazione di radiazione elettromagnetica di origine celeste. (2 hrs)
Rivelazione di radiazione elettromagnetica: principi. Effetto fotoelettrico e sue applicazioni. Scattering Thomson. Effetto Compton e sue applicazioni. Produzione di coppie. Criteri per la scelta del materiale del rivelatore. Contatori proporzionali, rivelatori a scintillazione, rivelatori a stato solido. Spettri di fotoni attesi. Conseguenze delle interazioni secondarie. (13 hrs)
Limiti osservativi. Limite alla risoluzione angolare. Cenni di interferometria. Limiti di rivelazione all’intensità del continuo e alle righe di emissione X nel caso di telescopi a vista diretta del cielo e di telescopi focalizzanti. Limiti di rivelazione a variazioni temporali del flusso. Esempi.
(6 hrs)
Telescopi gamma di alta energia (>20 MeV). Principi e configurazioni di telescopi volati. cenni alla radiazione Cerenkov per altissime energie dei gamma. Telescopi Compton per medie energie dei raggi gamma (300 keV -20 MeV). Telescopi X a vista diretta del cielo. Collimatori meccanici. Collimatori a modulazione e collimatori a modulazione rotanti (cenni). (6 hrs)
Maschere codificate: principi di funzionamento. Introduzione alla convoluzione, proprietà e applicazioni. Confronto fra convoluzione e cross-correlazione. Formazione dell’immagine con una maschera. Deconvoluzione dell’immagine di una maschera. Risoluzione angolare di un sistema a maschera. Accuratezza nella localizzazione di una sorgente puntiforme. Configurazioni di maschera. Rapporto segnale-rumore dell’immagine ricostruita. (10 hrs)
Riflessione dei raggi X: principi operativi. Teoria della riflessione totale esterna per incidenza radente. Misura del coefficiente di rifrazione. Riflessione X da superfici reali. Geometrie delle ottiche focalizzanti: configurazione parabolica, geometria dei telescopi Wolter I. Aberrazioni oblique. Condizione di Abbe. Telescopi Kirkpatrick-Baez. Lenti di Kumakhov. Telescopi “lobster eyes”. Sistemi a immagine uni-dimensionali Schmidt. Telescopi Schmidt per sistemi a immagine bidimensionali. (10 hrs)
Diffrazione di Bragg e sue applicazioni a telescopi di raggi X duri/gamma molli. Cristalli perfetti, a mosaico e curvi. Riflettività di cristalli a mosaico piani in configurazione Laue. Riflettività di cristalli curvi in configurazione Laue. Specchi multi-strati e super-specchi. Progettazione di una lente di Laue. Proprietà ottiche di una lente. (6 hrs)
Introduzione ai rivelatori X. Diagramma base di un rivelatore. Spettro in ampiezza degli impulsi. Risoluzione energetica potere risolutivo spettroscopico. Efficienza di rivelazione. Tempo morto. Pile up. (5 hrs)
Deconvoluzione spettrale. Test di ipotesi. Applicazione ai telescopi X. (2 hrs) Metodi didattici
- Lezioni a distanza
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Esercizi durante il corso. Esame orale, in cui, in aggiunta a capire se lo studente ha acquisito le conoscenze teoriche di astrofisica X e gamma sperimentale, egli è invitato ad affrontare varie problematiche tipiche dell'astrofisica in raggi X o gamma sperimentale, per esempio la progettazione di un rivelatore o telescopio X o gamma con prefissati requisiti, oppure l'indicazione del tipo di strumento o tecnologia richiesti per misurare specifiche quantità di astrofisica delle alte energie.
Testi di riferimento
- G. B. Rybicki and A. P. Lightman, Radiative processes in astrophysics, John Wiley and Sons.
R. C. Smith, Observational Astrophysics, Cambridge University Press.
G. E. Knoll, Radiation Detection and Measurements, John Wiley and Sons.
Dispense del docente
