I.T.I.S. H. HERTZ V Fase Binelli Marco Guardini Gaia Mattei Marco.

I.T.I.S. H. HERTZV Fase

Binelli MarcoGuardini Gaia Mattei Marco

Misura sperimentale del coefficiente di attenuazione di massa / di un campione puro di rodio (Rh) e di una lega alluminio - manganese (Al-Mn), usando i raggi X (RX)

Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco


Isotopi radioattivi Produzione RX caratteristici

Tubo RX Produzione RX caratteristici Produzione radiazioni di frenamento


I RX vengono prodotti dall’ interazione fra un fascio di particelle e gli elettroni più interni dell’atomo costituente il materiale bersaglio. Il fascio di energia superiore a quella di estrazione degli elettroni K o L, causa l’espulsione di quest’ultimi dall’atomo e la formazione di una lacuna elettrica con la conseguente eccitazione dell’atomo. (effetto fotoelettrico)

Con

seg

uen

za

diseccitazione dell’atomo:

Gli elettroni dei livelli energetici superiori colmano la lacuna elettrica attraverso una transizione in cui l’elettrone perde energia emettendo RX.


( Bremsstrahlung )

Il fascio di elettroni (tubo RX) viene decelerato a causa del campo elettrico generato dagli atomi bersaglio …

Con

seg

uen

za

La variazione della velocità di una particella carica provoca l’emissione di radiazioni che in questo caso hanno l’energia dei RX.


Spettro bianco tubo RX di Mo


L’ interazione fra la radiazione e la materia provoca i seguenti fenomeni:

Assorbimento: Effetto fotoelettrico

Diffusione : Anelastica ( Compton ) Elastica (Rayleigh Thomson)


Quando un fascio di energia E = hν maggiore a quella di estrazione degli elettroni interni ad un atomo lo investe, si ha l’espulsione degli elettroni con la formazione di una lacuna elettrica.


(Diffusione anelastica)

Si verifica in seguito all’urto anelastico tra un fotone di energia E0= hν e un elettrone libero. Nell’urto non si conserva l’energia del fotone incidente , quindi :

Eo= E1 + K Dove: E1 è l’energia del fotone diffuso K Energia cinetica trasferita all’elettrone nell’urto.


diffusione Rayleigh:Interazione del fotone incidente con l’insieme degli elettroni costituenti l’atomo.

(Rayleigh e Thomson)

Nella diffusione elastica si ha la variazione della direzione di propagazione del fotone incidente ma non della sua energia.

diffusione Thomson:Interazione del fotone incidente con un elettrone libero .


Quando un fascio di RX monoenergetico di intensità I0 investe un campione di spessore x e densità , il campione irradiato attenua il fascio secondo la legge:

Dove:(,Z,E0) = coefficiente di attenuazione lineareI(x) = intensità del fascio attenuato

xeIxI 0


sorgente

collimatore

collimatore

campione

rivelatore

x

x è la sezione del campione attraversato dal fascio ┴ al bersaglio


I

I

x0ln

1

ii

iw

Se il campione è composto da i elementi presenti nella frazione in peso w, allora:

È indipendente dalla densità del materiale (x: massa per unità di area)

Descrizione esperimento


Sorgente

Campione Amplificatore

Multicanale

Rivelatore RX

Computer con software Amptek


La sorgente comprende elementi (Cu, Ag, Ba, Mo, Rb, Tb ,) attivati dai raggi gamma (R emessi dal radioisotopo Americio 241 (241 Am).


241 237 495 93 2Am Np He

Il nucleo di Neptunio metastabile si diseccita emettendo raggi gamma.

Am-241 decade α trasmutandosi in Neptunio (Np-237 )


XR-100CR(rivelatore)

Alimentatore edAmplificatoredel segnale

MCA(analizzatoremulticanale)

segnale

PU gate

Dati digitali


I campioni analizzati sono:

Campione puro di Rodio; Campione lega di Alluminio e Manganese.


1) Scegliere la sorgente;2) Misurare l’intensità del fascio I0 emesso dalla sorgente (senza

campione);3) Scegliere il campione;4) Misura dell’intensità del fascio I trasmesso dal campione;5) Calcolo di 6) Calcolo degli errori;7) Confronto tra i dati sperimentali e quelli tabulati.

campione

II0


L’incertezza sui conteggi è proporzionale a

=> il tempo di misura è legato all’incertezza che si vuole ottenere nella misura.

Calcolo dell’errore :

• Statistico

•Non statistico

•Totale ( somma tra E statistico ed E non statistico)

22

0

01

IIxII

x

x

sperim


Sorgente EnergiaKeV

Ioconteggi

Io/Io%

Iconteggi

I/I%

Misurato

cm2g-1

)

Teoricocm2g-1

Cu 8.04 19271 0.74 0 / / / /

Rb 13.37 68128 0.39 4028 1.64 46 1 46.1

Mo 17.44 99404 0.32 25951 0.63 21.6 0.5 22

Ag 22.1 96429 0.33 46764 0.47 11.7 0.3 11.4

Ba 32.06 36786 0.53 7097 1.24 26.5 0.7 27

Tb 44.3 6479 1.79 3113 2.63 11.8 0.7 11.4

Campione: RhSpessore: 50 micronDensità: 12.41 g/cm3


LEGENDA


Sorgente Io

conteggi

Io/Io

%I

conteggiI/I%

Misurato

cm2g-1

)

Teoricocm2g-1

Rb 50274 0.39 33181 0,51 14.2 0.4 13.67

Mo 99673 0.32 82374 0,35 6.5 0.2 6.26

Ag 96429 0.33 87477 0,34 3.3 0.2 3.12

Il valore di Teorico cm2g-1 deriva dalla somma in percentuale della lega Al – Mn, formata dal 95% di Al e dal 5% di Mn

Campione: Al-MnSpessore: 106 micronDensità:

• 2.699 g/cm3 (Al) • 7.44 g/cm3 (Mn)

Densita totale :

• 2.94 g/cm3


LEGENDA


Dai grafici si evince che il confronto tra le misure sperimentali e teoriche sono in accordo entro gli errori sperimentali.

Nel caso della sorgente Cu il campione di rodio risulta troppo spesso per cui il fascio viene completamente assorbito.


Marco B, Marco M e Gaia ringraziano:

L’INFN per aver organizzato gli stages ;Il nostro tutore Astrik Gorghinian per il grande aiuto che ci ha dato;Prof.ssa Luigina Rocchi per averci dato l’opportunità di partecipare agli stages.

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