Innovazione nel Campo della Stampa 3D al CERN
Nel panorama degli esperimenti di fisica delle alte energie, i rilevatori a scintillatori plastici giocano un ruolo fondamentale grazie alla loro economicità e alla capacità di tracciare e misurare l’energia delle particelle in tempi inferiori al nanosecondo. Attualmente, si punta a sviluppare la prossima generazione di questi rilevatori, che mira a coprire grandi volumi con una segmentazione tridimensionale estremamente precisa. Tuttavia, questo obiettivo pone notevoli sfide in termini di produzione e assemblaggio. Un esempio significativo è rappresentato dal rivelatore super fine da due tonnellate dell’esperimento T2K sui neutrini in Giappone, composto da due milioni di cubi scintillanti di dimensioni 1x1x1 cm³. Per migliorare questa complessa procedura o per ottenere una segmentazione ancora più dettagliata, è necessaria un’innovazione tecnologica.
In questo contesto si inserisce il progetto di ricerca e sviluppo 3DET (rilevatore stampato in 3D) al CERN, che vede la collaborazione dell’ETH di Zurigo, della School of Management and Engineering Vaud di Yverdon-les-Bains e dell’Istituto per i materiali di scintillazione in Ucraina. Il progetto 3DET si focalizza sullo sviluppo di metodi di produzione additiva per realizzare rilevatori a scintillatore plastico che eliminano la necessità di lavorazioni post-stampa, facilitando così notevolmente l’assemblaggio.
La collaborazione ha recentemente raggiunto un obiettivo significativo con la creazione di un rilevatore monolitico interamente realizzato tramite stampa 3D. Questo dispositivo include i cubi scintillatori di plastica, un rivestimento riflettente per garantire l’indipendenza ottica di ogni cubo e i fori per l’inserimento di fibre ottiche che modificano la lunghezza d’onda all’interno della struttura. L’assenza di fasi produttive aggiuntive permette di dotare immediatamente il prototipo di fibre, fotocontatori ed elettronica di lettura dopo la stampa, risultando in un rivelatore di particelle completamente funzionante. Il dispositivo è stato testato con successo nella cattura di immagini di raggi cosmici, dimostrando una qualità di luce scintillante e una separazione ottica tra i cubi pari a quella dei rilevatori più avanzati. Questi risultati sono stati confermati da test effettuati nell’area T9.
Davide Sgalaberna e Tim Weber dell’ETH di Zurigo, autori del progetto, sottolineano che questo risultato rappresenta un notevole passo avanti nella realizzazione di geometrie complesse e monolitiche in un unico passaggio. Essi evidenziano inoltre che l’espansione a volumi maggiori dovrebbe essere più semplice, meno costosa e realizzabile in tempi rapidi. Le applicazioni future di questa tecnologia potrebbero interessare i rivelatori di neutrini di grandi dimensioni, i calorimetri adronici ed elettromagnetici, nonché i rivelatori di neutroni ad alta efficienza.
