Modulo n. 5 -STAGE AI LNL Estate 2010-STUDIO E MESSA A PUNTO DI RIVELATORI A SCINTILLAZIONE PER LA

DIAGNOSTICA MEDICA, MONITORAGGIO DI RADIAZIONI E LA RIVELAZIONE NELLA FISICA NUCLEARE

CARATTERIZZAZIONE DEI CAMPIONI

A CURA DIStudenti:

ELISA GALLO –ISS “I.Newton” di Camposampiero (PD)MICHELE GAZZEA –Liceo Scientifico “A.Cornaro” (PD)

MATTEO POLLIS-ITIS “F.Severi” (PD)

ARGOMENTI TRATTATI

Rivelatori a scintillazioneScintillatoriFotomoltiplicatoriRaggi g e particelle aLa nostra esperienza OBIETTIVI

PROCEDIMENTO

RISULTATI E OSSERVAZIONI

RIVELATORI A SCINTILLAZIONE

I rivelatori a scintillazione sono strumenti utilizzati per misurare radiazioni cariche e neutre.

I loro campi di applicazione vanno dagli esperimenti di fisica nucleare alla medicina, al monitoraggio di ambienti ad alto flusso di particelle.

I componenti essenziali sono: - uno scintillatore - un fotorivelatore

SCINTILLATORE

Lo scintillatore è un materiale in grado, una volta investito da radiazioni, di emettere fotoni nel campo del visibile.

In molti casi vengono “drogati” con particolari sostanze chimiche in modo da modificare la lunghezza d’onda della luce emessa per meglio adattarla alla sensibilità del fotomoltiplicatore.

In altri casi si aggiungono particolari elementi per favorire l’interazione di alcune particelle (es. I neutroni).

IL FOTOMOLTIPLICATORE

Come fotorivelatore usiamo un fotomoltiplicatore che è uno strumento capace di convertire i fotoni emessi dallo scintillatore in impulsi elettrici.

DINODI

ANODO

FOTOCATODO

LA NOSTRA ESPERIENZA

OBIETTIVI: • Cercare di capire quale scintillatore ha la RESA di luce

maggiore e la risoluzione migliore. • Verificare il comportamento dei vari scintillatori quando sono investiti

da radiazioni a e g.

• Confrontare i valori ottenuti con quelli del mese precedente e osservare il possibile invecchiamento degli scintillatori.

INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA

RAGGI g : - In aria si propagano per lunghe distanze; - Nel nostro caso abbiamo usato come sorgente il 60Co (Eγ≈ 1.2 MeV); - Interagiscono con lo scintillatore mediante l’Effetto Compton.

RAGGI a: - Nel nostro caso abbiamo usato l’ 241Am (Eα ≈ 5.4 MeV); - In aria si propagano per pochi centimetri, nello scintillatore per

poche decine di μm; -Interagiscono con lo scintillatore ionizzandolo;

MATERIALI E PROCEDIMENTO Posizionare un campione da

analizzare sul fotomoltiplicatore e fissarlo con un nastro di teflon, materiale molto elastico ma non adesivo. Ricoprire inoltre con un velo di mylar, pellicola molto sottile e argentata che impedisce la dispersione dei raggi. Infine avvolgere nuovamente con un altro nastro di teflon. Inserire il tutto dentro una scatola metallica e posizionare la sorgente molto vicina se usiamo raggi a o a qualche centimetro se usiamo raggi g; chiudere la scatola in modo da evitare ogni entrata di luce.

Per concludere, collegare i cavi del fotomoltiplicatore al generatore e applicare la tensione opportuna per ottenere un buon rapporto segnale/rumore. Collegare il segnale di uscita del PM all’amplificatore e da qui alla scheda di acquisizione.

RISULTATI SPERIMENTALI

Picco Compton

Spettri con sorgente γ

Punto in cui si ha il massimo trasferimento di energia nel caso di materiali organici (circa il 95% dell’energia iniziale).

Spettri con sorgente a

EJ212

RISULTATI Americio Percentuale mese

scorso Percentuale oggi

CampioneMese scorso Oggi

PosizioneFWHM

(Full Width Half Maximum )

PosizioneFWHM

(Full Width Half Maximum )

EJ212 (senza Boro) 2142 332 1583 256 100 100

EJ254 (5% Boro) 1437 291 967 218 67,1 61,1

24-05-10_01 (4% Boro) 1061 285 522 162 49,5 33,0

24-05-10_02 (5% Boro) 907 248 457 103 42,3 28,9

24-05-10_03 (6% Boro) 1026 269 435 124 47,9 27,5

12-05-10_01 (PPO=1.5% LV=0.01%)

708 194 736 180 33,1 46,5

12-05-10_02 (PPO=1% LV=0.01%) 727 198 730 205 33,9 46,1

16-05-10_01 (PPO=1% LV=0.02%) 1223 316 691 199 57,1 43,7

16-05-10_02 (PPO=1% LV0.03%) 1169 300 669 215 54,6 42,3

RISULTATI Cobalto Percentuale mese

scorso Percentuale oggi

CampioneMese scorso Oggi

Posizione End Point Posizione End Point

EJ212 (senza Boro) 3733 4563 3331 4041 100,0 100,0

EJ254 (5% Boro) 2895 3636 2135 2779 79,7 68,8

24-05-10_01 (4% Boro) 2613 3464 1206 1877 75,9 46,4

24-05-10_02 (5% Boro) 2290 3243 1375 1833 71,1 45,4

24-05-10_03 (6% Boro) 2523 3685 1065 1549 80,8 38,3

12-05-10_01 (PPO=1.5% LV=0.01%)

2087 2918 1751 2426 63,9 60,0

12-05-10_02 (PPO=1% LV=0.01%)

1991 2816 1556 2340 61,7 57,9

16-05-10_01 (PPO=1% LV=0.02%)

2832 4059 1550 2314 89,0 57,3

16-05-10_02 (PPO=1% LV0.03%) 2938 3973 1890 2268 87,1 56,1

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.0350

500

1000

1500

2000

2500

Serie 16-06-10 LVserie 16-06-10 LBSerie 17-06-10 LVSerie 17-06-10 LB

% drogaggio

Resa di luce

Da questo grafico è possibile vedere come il drogaggio vari la resa di luce.Ad esempio negli scintillatori con Lumugen Violet l’efficienza luminosa è maggiore e aumenta all’aumentare della concentrazione.Con l’utilizzo del Lumugen Blue la resa è più bassa e diminuisce aumentando la concentrazione.

LV

LB

ANDAMENTO DELLE RESE DI LUCE CON I RAGGI g

0.018 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.0320

100

200

300

400

500

600

700

800 Concentrazione LB - Serie 16-06-10Concentrazione LV Serie 17-06-10Concentrazione LB Serie 17-06-10Concentrazione LV - serie 16-06-10

% drogaggio

Resa di luce

Anche utilizzando come sorgente l’ 241Americio, è evidente come il LV abbia, comunque, una resa maggiore rispetto al LB.

ANDAMENTO DELLE RESE DI LUCE CON I RAGGI a

Sorgente: 60Co

Sorgente:241Am

0 1 2 3 4 5 6 70

20

40

60

80

100

120

Andamento giugnoAndamento Maggio

% Boro

Res

a re

lativ

a

0 1 2 3 4 5 6 70

20

40

60

80

100

120 Andamento GiugnoAndamento Maggio

% Boro

Resa

rela

tiva

GRAZIE PER L’ATTENZIONE...