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rivelatóre

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Lessico

sm. e agg. (f. -trice) [da rivelare].

1) Chi rivela, delatore: era circondato da astuti ; che serve a rivelare qualche cosa, che consente la conoscenza di un fatto altrimenti segreto o ignoto: i sintomi di una malattia.

2) Nell'uso scientifico e tecnico, qualsiasi strumento, congegno, sostanza ecc. atti a rendere percepibili o misurabili determinati fenomeni, enti o grandezze. In particolare: A) in acustica, termine raramente usato per dispositivo atto a rivelare la presenza di onde sonore, ossia in pratica per un microfono o per un idrofono, secondo che sia previsto per funzionare in aria o in acqua; B) In fisica nucleare e in fisica delle particelle fondamentali, apparato atto a rilevare la presenza di radiazioni elettromagnetiche o corpuscolari (vedi oltre); C) In fotocinematografia, sostanza presente nei bagni di sviluppo con il compito di ridurre ad argento metallico il bromuro d'argento esposto. Si tratta generalmente di fenoli (pirocatechina, idrochinone), ammine aromatiche, amminofenoli (metolo) o composti eterociclici. I rivelatori cromogeni, usati nei bagni di sviluppo a colori, dopo aver ridotto il bromuro d'argento reagiscono con i copulanti presenti nell'emulsione per formare un colorante azoico; D) In informatica, dispositivo atto a mettere in rilievo l'esistenza di un segnale, trasformandolo in segnale di altra forma, ma di eguale andamento temporale, per esempio più facile da misurare; è quindi sinonimo di trasduttore; E) In psicologia, delle menzogne, apparecchiatura (nota anche con il nome inglese di lie detector) mediante la quale è possibile rilevare alcuni indici fisiologici di frequente manifestazione quando una persona mente intenzionalmente. I più noti di questi indici sono la diminuzione della resistenza cutanea (o riflesso psicogalvanico), l'aumento del microtremore delle dita, l'aumento della frequenza cardiaca e di quella respiratoria. L'utilizzazione del rivelatore delle menzogne nelle indagini di polizia giudiziaria non è ammesso in quasi nessun Paese del mondo, sia perché gli indici rilevabili non sono del tutto affidabili, sia per altri aspetti più discutibili moralmente e giuridicamente connessi al suo uso;F) In radiotecnica, dispositivo atto a eseguire la rivelazione di un'onda modulata, detto anche detector; G) Nella tecnica, dispositivo elettrico o utilizzante reagenti chimici mediante il quale è possibile scoprire presenza di gas nell'atmosfera di un ambiente, dovuta a fughe o a emissione diretta (per esempio, grisou). I più importanti rivelatori sono i grisoumetri usati nelle miniere.

Fisica nucleare

Nel rivelatore si possono normalmente distinguere, almeno in linea di principio, due parti: il rivelatore propriamente detto, consistente nella sostanza sensibile, e la strumentazione di misura necessaria per valutare la risposta dello strumento. Secondo i principi fisici o chimici che sono alla base del loro funzionamento i rivelatori possono essere suddivisi in: a) rivelatori di ionizzazione prodotta da radiazioni o da particelle; b) rivelatori di processi concomitanti con la ionizzazione, quali la dissociazione e l'eccitazione molecolare; c) rivelatori di altri tipi quali contatori basati su effetto Čerenkov, contatori basati su radioattività indotta da flussi neutronici ecc. I rivelatori del primo tipo sono basati sulla proprietà delle radiazioni e delle particelle elementari di produrre in modo diretto o indiretto coppie di ioni, ciascuna costituita da un elettrone e dal residuo atomico o molecolare. Le particelle cariche producono ionizzazione prevalentemente per azione diretta sugli elettroni orbitali degli atomi dell'assorbitore. La ionizzazione che permette di rivelare le particelle neutre è dovuta in massima parte ai secondari carichi liberati dalle particelle primarie neutre. Per produrre una coppia di ioni occorre in media un'energia maggiore del potenziale di ionizzazione perché parte dell'energia della radiazione è spesa in eccitazione degli atomi del mezzo. Questa circostanza limita la sensibilità del rivelatore a ionizzazione. Fra gli strumenti che sfruttano la ionizzazione dei gas vi sono la camera di ionizzazione, il contatore proporzionale, il contatore Geiger-Müller (vedi contatore). Tra i rivelatori di ionizzazione vi sono anche la camera a nebbia, la camera a scintille, la camera a bolle; in quest'ultimo caso la ionizzazione è prodotta in un liquido in uno stato energetico metastabile. Questi ultimi rivelatori, impiegati in fisica delle particelle fondamentali, consentono lo studio delle tracce lasciate da particelle cariche (vedi camera). I rivelatori a semiconduttore sfruttano invece la ionizzazione prodotta in un cristallo semiconduttore con conseguente formazione delle coppie elettrone-lacuna, l'uno nella banda di conduzione e l'altra nella banda di valenza. Tali coppie, elettricamente equivalenti a quelle elettrone-ione in un gas, raccolte da elettrodi a opportuno potenziale, producono impulsi che sono misurati con gli stessi metodi impiegati nei rivelatori a ionizzazione di gas. Al secondo tipo di rivelatori appartengono i a scintillazione basati sulla proprietà di alcuni materiali di emettere parte dell'energia loro ceduta per ionizzazione o eccitazione sotto forma di impulsi luminosi che vengono rilevati. Sono costituiti essenzialmente da un oscillatore accoppiato otticamente con un fotomoltiplicatore, a sua volta unito a un circuito elettronico esterno. Il circuito esterno, progettato in diversi modi, rende lo strumento adatto a misurare livelli di radiazione oppure ad analisi d'energia con l'utilizzo di discriminatori o di analizzatori multicanali. Poiché l'energia che la radiazione deve cedere al rivelatore per produrre un impulso rivelabile è all'incirca compresa fra 0,5 e 2 keV, gli scintillatori costituiscono sistemi di rivelatori più sensibili delle camere a ionizzazione. Sempre a questo tipo di rivelatore appartengono i rivelatori che sfruttano effetti chimici provocati dalle radiazioni. Uno dei processi più usati è basato sui cambiamenti chimico-fisici subiti dalle pellicole fotografiche esposte a radiazione che consentono di usare lastre fotografiche sia per rivelare radiazioni sia per scopi dosimetrici. In questa categoria di rivelatori sono compresi i dispositivi a semiconduttore in cui la presenza di impurità o di difetti cristallini dà luogo alla creazione di centri carichi, o trappole, che sono causa di diversi fenomeni che consentono la rivelazione e la misurazione delle radiazioni che li colpiscono. Tra questi fenomeni sono particolarmente importanti i cambiamenti delle proprietà ottiche dei cristalli irradiati, come la perdita della trasparenza rispetto a luce di una data composizione spettrale o la perdita e l'acquisto della capacità di produrre fluorescenza. Le trappole, i centri attivatori e gli altri centri stabili prodotti nel cristallo dalle impurità si trovano nella banda di energia, detta banda proibita, compresa fra la banda di valenza e quella di conduzione. I diversi effetti in cui sono coinvolti sono l'emissione di radiazione per fotoluminescenza, per termoluminescenza e per luminescenza stimolata. Infine, un fenomeno che ha una certa importanza ai fini dell'impiego per la rivelazione di radiazioni e la misura di dosi assorbite è la capacità di alcune sostanze irradiate, come LiF o BeO mescolate a grafite, di emettere elettroni di bassa energia se stimolate termicamente od otticamente. Fra gli altri tipi di rivelatori si hanno i contatori Čerenkov e i rivelatori di neutroni mediante attivazione. Alcune sostanze stabili esposte a un flusso di neutroni subiscono trasformazioni nucleari con formazione finale di nuclidi radioattivi. Misure dell'attività indotta in un materiale esposto per un dato tempo t a fasci di neutroni consentono di risalire al valore del flusso neutronico integrato nel tempo t o, per densità di flusso costanti, alla densità del flusso di neutroni. I materiali scelti per questi rivelatori sono preferibilmente tali da dare luogo a un solo tipo di nuclide radioattivo o a nuclidi facilmente discriminabili fra loro.

Fisica delle particelle fondamentali

Sono chiamati rivelatori di particelle i dispositivi utilizzati per osservare particelle subatomiche e misurarne tutte le caratteristiche. Sono stati usati e vengono usati a questo scopo camere a tracce, quali camere a nebbia, camere a bolle, camere a scintilla e camere multifili (vedi camera); vengono anche usati come rivelatori contatori di diverso tipo e dispositivi a semiconduttore. I rivelatori sono generalmente immersi in un potente campo magnetico che curva le traiettorie delle particelle cariche. Traiettorie di particelle con carica elettrica di segno differente vengono deviate in verso opposto. Poiché poi la curvatura della traiettoria in un campo magnetico è inversamente proporzionale alla quantità di moto, dal valore del raggio è facile risalire alla quantità di moto. Nel corso del tempo i rivelatori hanno raggiunto dimensioni colossali diventando veri e propri sistemi di rivelazione collegati a supercomputer e a reti globali di elaborazione. Per ogni collisione che avviene all'interno di un acceleratore di particelle, il sistema di rivelazione effettua il conteggio, il tracciamento e l'identificazione completa delle diverse particelle prodotte. A questo scopo vengono utilizzati molti tipi di rivelatori disposti a strati che consentono di riconoscere e di misurare le caratteristiche di tutte le particelle, quali carica, massa, velocità ed energia. I più diffusi sono le camere a deriva, i rivelatori a calorimetro e i rivelatori a semiconduttore a microstrip. § Calorimetri. Sono rivelatori che arrestano e assorbono completamente la maggior parte delle particelle che li attraversano e ne misurano l'energia. Le uniche particelle che riescono a sfuggire dai calorimetri sono i muoni e i neutrini. I calorimetri sono formarti da strati di materiali passivi (materiali assorbenti, per esempio piombo) alternati a strati di materiale attivo (per esempio, vetro al piombo o argo liquido). Nel passaggio attraverso il materiale passivo si producono sciami di particelle che esauriscono l'energia della particella incidente; questa viene così misurata dal mezzo attivo. Si distinguono due tipi di calorimetri: calorimetri elettromagnetici e calorimetri adronici. I primi consentono di misurare l'energia di particelle leggere, quali elettroni e fotoni, che interagiscono elettromagneticamente con le particelle cariche dell'assorbitore. I secondi misurano l'energia di particelle interagenti fortemente, cioè particelle formate da quark, quali protoni e neutroni. Si parla però anche di calorimetri per muoni in riferimento a particolari rivelatori, disposti all'esterno dei calorimetri principali, per misurare l'energia delle particelle che ne sfuggono, quali i muoni e i neutrini. Grande importanza hanno anche i a semiconduttore a microstrip, formati da strati di strisce di silicio che segnalano con estrema precisione la posizione e l'istante del passaggio delle diverse particelle. Esempio tipico di un moderno sistema di rivelazione per particelle fondamentali è il rivelatore ATLAS del collisionatore LHC del CERN. ATLAS ha 4 componenti principali. All'interno c'è una camera a tracce, che misura la quantità di moto di tutte le particelle cariche partecipanti all'evento in esame. La traiettoria delle particelle cariche viene deviata da un sistema di potentissimi magneti. I muoni sono invece identificati e misurati da un calorimetro per muoni. Il quarto elemento chiave di ATLAS è un sistema di raccolta dati che, tra il miliardo di eventi che si presentano ogni secondo, ne analizza 100 di particolare interesse. In questo modo è possibile memorizzare e analizzare circa un miliardo di eventi all'anno. Un altro sistema di rivelazione usato da LHC è ALICE (A Large Ion Collider Experiment), un rivelatore dedicato agli ioni pesanti. ALICE è un sistema unico per osservare le interazioni ad alta energia tra nuclei atomici, all'interno del particolarissimo stato della materia chiamato plasma di quark e gluoni. ALICE è in grado di studiare collisioni tra protoni e confrontarle con le collisioni tra nuclei di piombo. Dispone, in particolare, di un sistema di tracciamento interno, ITS (Inner Tracking System), formato da 6 strati cilindrici concentrici di microstrip di silicio che circondano il punto di collisione( di vertice) e misurano le proprietà delle particelle che ne emergono determinandone la posizione con la precisione della frazione di millimetro. L'ITS è stato progettato per osservare particelle contenenti quark strange e charm e identificarne i punti in cui decadono. Un terzo sistema di rivelazione usato nell'LHC è CMS, basato su 25.000 rivelatori a semiconduttore (microstrip di silicio) che coprono un'area di 210 m². Il magnete per curvare le tracce all'interno del sistema di rivelazione è il magnete superconduttore più potente del mondo: pesa circa 12.000 t e sviluppa un campo di 4 tesla. Il passaggio delle particelle attraverso ciascuna microstrip di silicio viene segnalata da un sistema elettronico estremamente complesso. Il sistema di tracciamento è in grado di descrivere anche il percorso di muoni, elettroni isolati e adroni. Oltre al grande acceleratore europeo LHC, anche altri acceleratori nel mondo, ma in numero e formato minore, dispongono di grandi sistemi di rivelazione. Pert esempio, il sistema di rivelazione dello SLAC, alto come un edificio di 6 piani e pesante 4.000 t, è formato innanzitutto da un di vertice che fornisce informazioni dettagliate sulla posizione delle tracce a partire dal punto esatto di origine. Il rivelatore di vertice è circondato da una camera a deriva (vedi camera) che rivela la posizione delle particelle misurandone le caratteristiche nei vari punti della loro traiettoria. La quantità di moto delle particelle cariche viene misurata dalla curvatura delle tracce all'interno del potente campo magnetico. Lo strato intermedio è formato da contatori Čerenkov, che misurano la velocità delle particelle. Tutto intorno c'è un calorimetro ad argo liquido che arresta la maggior parte delle particelle e ne misura l'energia: è questo il primo strato di rivelatori che registra anche particelle neutre. C'è poi il grande avvolgimento del magnete che separa il calorimetro dallo strato più esterno di rivelatori costituito da un calorimetro per muoni, atto anche alla rivelazione dei neutrini.

Bibliografia

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