Ho sviluppato un software in Python dedicato alla simulazione di lenti di Laue destinato ad essere usato nell'ambito del progetto di Ricerca e Sviluppo in cui sono attualmente impegnato.
Gli elementi chiave da modellare nel programma sono tre:
1) i fotoni
2) il singolo cristallo
3) il detector
I fotoni e la loro sorgente
I fotoni prodotti sono modellizzati mediante la creazione di una classe dalla quale si puo' risalire in ogni momento alla loro posizione e al loro vettore d'onda. Dal vettore d'onda e' poi possibile risalire alla direzione di propagazione, all'energia e alla lunghezza d'onda del fotone stesso.
Funzioni specializzate si preoccupano di trasportare i fotoni incidenti dalla sorgente al cristallo, in cui vengono diffratti con una probabilita' dipendente dalla fisica del problema, e i fotoni diffratti dal cristallo al detector.
La sorgente di fotoni da simulare, un tubo a raggi X marca Siemens in grado di operare fino a 150 kV, presenta uno spettro di emissione di tipo Bremsstrahlung. Per simularne lo spettro sono state eseguite misure in laboratorio con un detector al Germanio raffreddato con azoto liquido. Tali misure sono state inserite nel programma in maniera tale che lo spettro dei fotoni simulati ricalcasse esattamente quello reale.
Per ottimizzare il tempo di calcolo, sono stati simulati unicamente i fotoni destinati a finire sulla superficie dei cristalli, visto che i fotoni destinati altrove vengono assorbiti da apposite schermature.
I cristalli
I cristalli simulati sono stati modellizzati tramite la creazione di una classe contenente informazioni circa il materiale componente il cristallo (rame a mosaico in questo caso) la loro forma, posizione e orientazione nello spazio.
Nel momento in cui fotone e cristallo interagiscono, esiste una probabilita' p che il fotone venga diffratto.
Qualora questo avvenga il fotone esce dal cristallo e viene trasportato fino al piano focale, in cui e' posto il detector.
La lente e' composta da venti cristalli disposti uniformemente su di una circonferenza di raggio 18 cm.
Nel caso ideale, i piani reticolari piu' probabili hanno normale diretta verso il centro della circonferenza. Il programma puo' tener conto di eventuali, disallineamenti.
Il programma puo' lavorare su tutti i cristalli contemporaneamente, su di un cristallo singolo, o su un sottoinsieme di cristalli.
Il detector
Il detector simulato e' sensibile alla posizione e dotato di 1024x1024 pixels, ciascuno di dimensione 0.3x0.3 mm2. Il centro del detector e' posto sull'asse ottico dell'esperimento.
I fotoni che cadono all'interno della superficie attiva del detector vengono misurati, quelli all'esterno vengono distrutti.
Finalita' del software
Tramite il codice sviluppato e' possibile determinare gli errori di allineamento dei singoli cristalli o della lente intera e capire quanto la qualita' del prototipo studiato differisca da quella massima ottenibile da un punto di vista teorico.
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