Development of a Gamma Beam Profile Imager for ELI-NP-GBS

Il presente lavoro è parte di EuroGammaS Consortium, una associazione Europea guidata dall’I.N.F.N., nata per realizzare il Gamma Beam System (GBS), la sorgente di raggi gamma più brillante disponibile al mondo, presso la facility di ricerca ELI-NP. Tale sorgente di raggi gamma, in costruzione a Magurele (Romania), sarà ottenuta dall’interazione Compton inversa tra un laser e elettroni relativistici forniti da un acceleratore lineare. Essa è progettata per generare un fascio con energia variabile da 0.2 a 19.5 MeV, bandwidth inferiore allo 0.5% e flusso di circa 108 fotoni/s. Il Gamma Beam System include un set di rivelatori per la diagnostica e la completa caratterizzazione del fascio gamma. Per valutare la distribuzione spaziale del fascio, un Gamma Profile Imager (GPI), un rivelatore basato su uno schermo scintillatore accoppiato ad una camera CCD, è stato progettato e testato presso i laboratori dell’ I.N.F.N. di Ferrara. La presente tesi riguarda lo studio del design del Gamma Profile Imager e il successivo assemblaggio e test di un prototipo. Inizialmente, una serie di test è stata effettuata su ogni componente del dispositivo (schermo scintillatore, sistema lente+CCD) al fine di selezionare la giusta configurazione del GPI. Successivamente, il prototipo del GPI è stato assemblato e testato usando il fascio di un tubo a raggi X al fine di validare il modello analitico sviluppato per predire il segnale atteso sulla CCD con il fascio gamma di ELI-NP-GBS in funzione della configurazione del sistema.

This work is part of the EuroGammaS Consortium , a European association led by I.N.F.N., born to realize the Gamma Beam System (GBS), the most brilliant gamma-ray beam machine available in the world, at the research facility ELI-NP. This gamma ray source, to be hosted in Magurele (Romania), will be obtained by inverse Compton interaction between an intense high power laser and relativistic electrons provided by a linear accelerator. It is designed to provide a beam with tunable average energy ranging from 0.2 to 19.5 MeV, energy bandwidth down to 0.5% and flux of about 108 photons/s. The GBS includes a set of detectors for the diagnostic and the complete characterization of the gamma beam. To evaluate the spatial distribution of the beam a gamma beam profile imager is required. For this purpose, a Gamma Profile Imager (GPI), a detector based on a scintillator target coupled to a CCD camera, was designed and tested at INFN-Ferrara laboratories. The present thesis concerns the design study of the Gamma Profile Imager and the following assembly and testing of a GPI prototype. First, a series of tests were performed on each component of the device (target scintillator, lens+CCD system) in order to select the proper GPI configuration. Successively, the GPI prototype was assembled and tested using the beam from an X-ray tube with the main goal to validate the analytical model developed to predict the signal expected on the CCD at ELI-NP-GBS as a function of the system setting.