Stages invernali 2009

A cura di

Caldarola Simone,

Cuomo Francesca,

Ferraro Giacomo,

Ilardi Daniele,

Marasciulo Licia.

Misura del coefficiente di attenuazione

Scopo dell’esperimento

Dati un campione di Rodio (Rh) ed uno di Alluminio + Manganese (Al+Mn)

utilizzando fasci di Raggi X (RX) di energia diversa si vuole misurare i coefficienti di

attenuazione relativi

Produzione RX

Quando un fascio di radiazioni di una data E interagisce con la materia, gli elettroni

delle orbite più interne vengono espulsi dall’atomo, eccitandolo.

Nell’atomo eccitato si induce una transizione elettronica con conseguente emissione di radiazione RX di energia ed

intensità legate alla transizione.

Radioisotopi

La nostra sorgente di RX era costituita da una serie di elementi attivati da un radioisotopo:

l’espulsione degli elettroni più interni (effetto fotoelettrico)

delle sorgenti RX

avveniva per mezzo di R emessi dall’Americio 241.

EFFETTO FOTOELETTRICO

Energia dei RX utilizzate

Rame = 8KeV

Rubidio = 13,37KeV

Molibdeno = 17,44KeV

Argento = 22,10KeV

Bario = 32,06KeV

Terbio = 44,23KeV

SORGENTE PRIMARIA

Spettro Cu

0

3000

6000

50 100 150 200

canali

con

teg

gi

Rispetto ad un fascio di particelle i RX (o R

• Sono più penetranti (interagiscono con minor probabilità con la materia)

• Vengono rimossi dal fascio mantenendo la stessa energia

(il fascio passante si attenua, per diffusione o assorbimento, ma l’ energia dei fotoni rimane invariata).

Legge dell’assorbimento

Quando un campione, di spessore x e densità , viene irradiato da una sorgente di fotoni monocromatici di intensità I0, trasmette una quantità di radiazione I(x) secondo la legge:

I(x) = I0 e −μ x

Valida in condizione di buona geometria

= coefficiente lineare di assorbimento, dipende dalle caratteristiche del campione , numero atomico, energia del fascio incidente)

grande = breve percorso della radiazione

piccolo = percorso della radiazione lungo

BUONA GEOMETRIA

sorgente

collimatore

collimatore

assorbitore

rivelatore

COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE MASSICO

è indipendente dalla densità del materiale

(x : massa per unità di materiale)

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

I

ILnx

o

1

i

iiw

APPARATO SPERIMENTALE

• Diverse sorgenti radioattive (Cu, Rb, Mo, Ag, Ba, Tb, attivate dall’ Am 241) che emettono radiazione di energia nota (da circa 8 KeV a 60 KeV);

• due campioni di spessore e densità noti;• un rivelatore a semiconduttore Si(Pin);• un amplificatore;• un analizzatore multicanale MCA• Sistema di acquisizione ed elaborazione dati

SCHEMA DELL’APPARATO SPERIMENTALE

Campioni usati

• Rodio (Rh) = (1,241 x 10 ± 0,001) g/cm3

x = (50 ± 1)m

• 95% Al – 5% Mn Al =(2,699 ± 0,001) g/cm3, Mn = (7,44 ± 0,001) g/cm3

tot =(2,936 ± 0,001) g/cm3

x = (100 ± 1) m

ESECUZIONE DELL’ ESPERIMENTO

• Scelta della sorgente • Misura della intensità del fascio emesso dalla sorgente I0

• Misura della intensità del fascio I trasmesso dal campione • Calcolo di • Calcolo dell’ errore statistico su Io e I

• Calcolo dell’errore non statistico su e x

• Errore totale

• Confronto con i dati tabulati (teorici)

x

x

x

x

I

I

xSperim

0ln1

22

0

01

IIxII

Determinazione del tempo di misura

la scelta del tempo t di misura deve essere tale da ottenere I%

(errore percentuale sui conteggi)

dell’ordine dell’ 1%.

Ricordiamo: la statistica dei conteggi segue la statistica di Poisson per cui la misura dell’intensità del picco è

Poiché

L’errore relativo sulla misura sarà

II

tNI

tI

I 1

Confronto spettriverifica dell’attenuazione

Attenuazione provacata dal Rh sorgente Ag

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

150 200 250 300 350 400

canali

co

nte

gg

i Ag

Ag+Rh

Coefficiente di attenuazione del Rodio

Sorgente Energia Io Io/Io % I I/I % Teor Speri

KeV Conteggi conteggi cm2/g cm2/g cm2/g cm2/g totale

Cu 8,04 16736 0,84 0 0,00 188,00

Rb 13,7 67450 0,39 3811 1,67 46,10 46 0,3 0,9 1

Mo 17,44 98516 0,33 25049 0,65 22,00 22,1 0,1 0,4 0,6

Ag 22,1 95800 0,33 47256 0,46 11,40 11,4 0,1 0,2 0,3

Ba 32,06 36292 0,54 6919 1,25 27,00 26,7 0,2 0,5 0,8

Tb 44,23 26158 0,64 13126 0,91 11,40 11,1 0,2 0,2 0,4

confronto teorico T - sperimentale S

TS

44,20

45,40

46,60

47,80

0,9 1 1,1

13,37 KeV energia ka Rb

cm 2/g

confronto teorico T - sperimentale S

S-T

21,00

21,50

22,00

22,50

23,00

0,9 1 1,1

17,44 KeV

energia ka Mo

cm 2/g

confronto

teorico T - sperimentale S

S - T

10,80

11,10

11,40

11,70

12,00

0,9 1 1,1

22,10 KeVenergia ka Ag

cm 2/g

confronto

teorico T - sperimentale S

T

S

26,20

26,60

27,00

27,40

0,9 1 1,1

32,06 KeV energia ka Ba

cm 2/g

coefficiente teorico T - sperimentale S

TS

9,80

10,60

11,40

12,20

0,9 1 1,1

44,23 KeV

energia ka Tb

cm 2/g

Coefficiente di attenuazione Al+Mg

Sorgente Energia Io Io/Io % I I/I %

Al

Teor ( Mn Teor Teor Speri

KeV Conteggi conteggi cm2/g cm2/g cm2/g cm2/g cm2/g cm2/g totale

Rb 13,7 67450 0,39 43018 0,49 10,8 68,1 13,67 15,3 1,0 0,2 1,1

Mo 17,44 98516 0,33 81941 0,36 4,87 32,5 6,25 6,3 0,8 0,1 0,9

Ag 22,1 95800 0,33 87451 0,34 2,41 16,6 3,12 3,1 0,8 0,0 0,8

confronto

teorico T - sperimentale S

T

S

26,2

26,6

27

27,4

0,9 1 1,1

32,06 KeV energia ka Ba

cm 2/g

coefficiente

teorico T - sperimentale S

TS

9,8

10,6

11,4

12,2

0,9 1 1,1

44,23 KeV

energia ka Tb

CONCLUSIONI

I valori sperimentali ottenuti sono tutti confrontabili con quelli teorici entro gli

errori sperimentali.

RINGRAZIAMENTI

I ragazzi della specializzazione FASE ringraziano:Il SIS, per l’ ottima organizzazione;

Il Presidente, per aver concesso gli stages;Astrik Gorghinian, per l’infinita pazienza;

Maurizio Chiti, per la gentilezza;Prof. Luigi Casano, per la fiducia;

Prof. ssa Francesca Sartogo, per l’ opportunità; Giuseppe Carinci, per la simpatia.