mycourses .ntua.gr
Οργανολογία

Γενικά στοιχεία

 

Περιγραφή

Το περιεχόμενο του μαθήματος «Oργανολογία» αναφέρεται σε πειραματικές μεθόδους και βασικούς ανιχνευτές της σωματιδιακής φυσικής. Η ανάλυση των παραπάνω γίνεται σε βάθος από πλευράς φυσικής με έμφαση στα χαρακτηριστικά επίδοσης τους (ενεργειακό ή φασματικό εύρος, ευαισθησία, ακρίβεια, διακριτική ικανότητα, αποδοχή κ.α.) και συνοδεύεται από παραδείγματα και εφαρμογές. Το μάθημα περιλαμβάνει, κατά το ήμισυ περίπου, θεωρητική διδασκαλία (ένα δίωρο την εβδομάδα) και κατά το άλλο ήμισυ προχωρημένες εργαστηριακές ασκήσεις (πέντε τετράωρες αυτοτελείς ασκήσεις).

Ύλη

  I. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ

Ανάλυση γραμμικών χρονικά-αναλλοίωτων και χρονικά-μεταβαλλόμενων κυκλωμάτων: Συγκεντρωμένα και κατανεμημένα κυκλώματα και στοιχεία, διεγέρσεις, τελεστές απόκρισης και χρονικής μετάθεσης, μέθοδος ανάλυσης μέσω κρουστικής διέγερσης.

Θεωρήματα ηλεκτρικών δικτύων: Thevenin, Norton, Miller και Tellegen.

Πρότυπα περιγραφής και ανάλυσης: Φάσορες, μετασχηματισμοί Fourier και Laplace, εξισώσεις καταστάσεως, μετάβαση μεταξύ  προτύπων περιγραφής.

Διαφορικοί και τελεστικοί ενισχυτές: Ενίσχυση διαφορικού (differential) και κοινού τρόπου (common mode), λόγος απόρριψης κοινού τρόπου (CMRR), μοντέλο ιδανικού και πραγματικού ΤΕ, ενίσχυση ανοικτού/κλειστού βρόχου, φίλτρα, μη γραμμικά κυκλώματα, ταλαντωτές.

Συνδυαστικά και ακολουθιακά κυκλώματα: Βασικές λειτουργίες,Μεθοδοι σχεδιασμού, ελαχιστοποίηση και εφαρμογές μέσω ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Χρήση του «PSpice» και άλλων προγραμμάτων προσομοίωσης για ανάλυση και  σχεδιασμό. 

II. ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΑΝΙΧΝΕΥΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

 Ανιχνευτές αερίου: Μηχανισμός, σωματίδια MIP, χαρακτηριστικά, δημιουργία, λήψη και μετάδοση σήματος, επιλογή αερίου,σχεδιασμός, εφαρμογές σε ανιχνευτές πειραμάτων.

Απαριθμητές σπινθηρισμού: Μηχανισμός σπινθηρισμού, πλαστικοί σπινθηριστές, απόδοση, διακριτική ικανότητα, λειτουργία-παράμετροι φωτοπολλαπλασιαστών, μέθοδοι μετρήσεων.

Ανιχνευτές στερεάς κατάστασης: Φυσική των ημιαγωγών, δίοδοι pn, ηλεκτρικά σήματα, εφαρμογές.

III. ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΟΣΜΙΚΩΝ ΑΚΤΙΝΩΝ

Ανιχνευτές Cherenkov: Ανάλυση του φαινομένου, αρχή λειτουργίας, αναγνώριση σωματιδίων και διακριτική ικανότητα, σχεδιασμός και εφαρμογές σε πειράματα.

Ανιχνευτές σωματιδίων: Φορμαλισμός απόδοσης, συλλεκτική ισχύς, ευαισθησία, φασματική απόκριση.

Τηλεσκόπια-οδοσκόπια μιονίων: Φυσική κοσμικών ακτίνων, κοσμικά μιόνια, μέθοδος χρονικής σύμπτωσης, σκανδαλισμός, στερεά γωνία σύμπτωσης, ρυθμός απαρίθμησης και γεωμετρική προσομοίωση Monte Carlo τηλεσκοπίου μιονίων.

IV. ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΟΥ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣΕ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΕ ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Θόρυβος: βασικές έννοιες, θερμικός θόρυβος, βολής, ροζ θόρυβος, συνάρτηση αξίας (Merit Function), μετρήσεις θερμικού θορύβου.

Λόγος σήματος-προς-θόρυβο (SNR):Ορισμός, υπολογισμοί, εφαρμογή σε πολυκαναλικούς ανιχνευτές και φωτοπολλαπλασιαστές.

Τεχνικές περιορισμού θορύβου: Γενική μεθοδολογία, μέθοδος MCA, μέθοδος Σύγχρονου Ενισχυτή ή Εγκλείδωσης Φάσης (Lock-in Amplifier),  περιορισμού θορύβου στην ανάλυση δεδομένων.

Βιβλιογραφία

Παρεχόμενα συγγραφικά βοηθήματα

«Οργανολογία Ι» (Σημειώσεις), Εμμ. Δρης, Σ. Μαλτέζος

«Οργανολογία ΙΙ» (Σημειώσεις), Σ. Μαλτέζος

«Εισαγωγή στα Ηλεκτρονικά» (Σημειώσεις), Ε. Δρης                        

«Γραμμές Μεταφοράς» (Σημειώσεις), Εμμ. Δρης                                              

«Εργαστηριακός Οδηγός Οργανολογίας», Εμμ. Δρης, Θ. Αλεξόπουλος, Σ. Μαλτέζος, Γ. Τσιπολίτης

                 «Εισαγωγή στη Χρήση του SPICE/PSpice» (Σημειώσεις), Εμμ. Δρης, Σ. Μαλτέζος
Εργαστήριο

Προβλεπόμενες εργαστηριακές ασκήσεις 

1. ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ (τελεστικοί ενισχυτές, ταλαντωτές, κυκλώματα τρανζίστορ / συνδυαστικά κυκλώματα, μετρητές. Μελέτες  προσομοιώσεων).

2.1 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΕΣΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΖΩΗΣ ΤΩΝ ΜΙΟΝΙΩΝ

2.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΔΙΠΛΗΣ ΦΑΣΗΣ (DUAL PHASE LOCK-IN AMPLIFIER)

3. ΣΚΕΔΑΣΗ ΑΚΤΙΝΩΝ-α (ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ RUTHERFORD) (ρυθμίσεις, μετρήσεις γωνιακής κατανομής και διακριτικής ικανότητας).

4. ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ CHERENKOV ΥΔΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΚΟΣΜΙΚΩΝ ΜΙΟΝΙΩΝ (βαθμονόμηση των ηλεκτρονικών μονάδων NIM, συμπτώσεις τηλεσκοπίου, προσομοίωση MC, ανάλυση σημάτων Cherenkov, καταγραφή θυσάνων).

5. ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ (μέτρηση χαρακτηριστικών συστοιχίας αισθητήρων διόδων πυριτίου pn).

Εργασίες

Η εργασία της κάθε εργαστηριακής άσκησης θα έχει τη συνήθη δομή ενός άρθρου με έκταση ως 6 σελίδες και σε εξαιρετικές περιπτώσεις ως 8 προαιρετικά. Συνιστάται να γράφεται σύμφωνα με τους ακόλουθους κανόνες:

Τίτλος Άσκησης (12 pt)

Περίληψη ως 10 γραμμές (10 pt)

1. Εισαγωγή: Αντικείμενο και σκοπιμότητα (11 pt)

2. Πειραματική διάταξη: Περιγραφή της πειραματικής διάταξης (11 pt)

3. Μεθοδολογία και μετρήσεις: Μεθοδολογία λήψης μετρήσεων, εκτίμηση σφαλμάτων, διαγράμματα (11 pt)

3. Ανάλυση δεδομένων: Περιγραφή της επεξεργασίας των δεδομένων (π.χ. προσαρμογές, κατανομές κ.α.), αποτελέσματα (11 pt)

4. Συμπεράσματα: Σχόλια επί των αποτελεσμάτων και των αβεβαιοτήτων, συγκρίσεις (11 pt)

5. Βιβλιογραφία: Παραπομπή σε βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε (11 pt)

6. Παράρτημα: Αναλυτικοί υπολογισμοί, υπολογιστικός κώδικας, εμβάθυνση σε κάποια πτυχή της μελέτης κ.α. (11 pt)

Οι μαθηματικές σχέσεις και εξισώσεις καλό είναι να γραφτούν μέσω του Mathtype ή Latex με ίδια γραμματοσειρά και μέγεθος (11 pt). Τα σχήματα θα πρέπει να έχουν το ελάχιστο μέγεθος αλλά να είναι αναγνώσιμα.

Σημειώνεται ότι οι συνεργάτες της κάθε ομάδας μπορούν στην εργασία τους να έχουν κάποια κοινά τμήματα κειμένου μόνο στις περιπτώσεις που υπήρξε ανταλλαγή απόψεων μεταξύ τους. Αν κάποιος(-α) έχει διερευνήσει ή έχει εμβαθύνει σε κάποιο θέμα, προτείνεται να το παρουσιάσει είτε στην ανάλυση δεδομένων είτε στο παράρτημα.

Mέθοδοι αξιολόγησης

Τελικός βαθμός: Υπολογίζεται από τη σχέση: Βτελ.=0.40∙Βδιαγ.+ 0.60∙Βεργ. με την προϋπόθεση ότι σε κάθε μια από τις παραπάνω δοκιμασίες ο βαθμός είναι ίσος ή μεγαλύτερος του 5.

Διδάσκοντες

Ομάδα διδασκόντων Καθηγητών: Θ. Αλεξόπουλος (Γρ. 211), Ε. Γαζής (Γρ. 208), Ε. Δρής (Γρ. 225), Σ. Μαλτέζος (Γρ. 205), Γ. Τσιπολίτης (Γρ. 213)

Τομέας Φυσικής, Κτίριο Φυσικής, 2ος όροφος

 

Συνεργάτες: Μ. Κόκκορης (Καθηγητής Ε.Μ.Π.), Δ. Λουκάς (Διευθυντής Ερευνών ΕΚΕΦΕ-ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ)


URL μα