Stages Invernali 2011Stages Invernali 2011Misura del Misura del coefficiente di coefficiente di

attenuazione di massaattenuazione di massa μ/ρ μ/ρ

11Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

- Francesco Merli e Pellegrini Danilo- Alessandro Valeri e Palmieri LucaItis Roma e Colleferro

Fenomeni d’ interazione dei Fenomeni d’ interazione dei raggi Xraggi X

I raggi X che interagiscono con una superficie di un I raggi X che interagiscono con una superficie di un determinato materiale danno origine a diversi fenomeni:determinato materiale danno origine a diversi fenomeni:

Diffusione ComptonDiffusione Compton

Diffusione elasticaDiffusione elastica

Assorbimento (effetto fotoelettrico)Assorbimento (effetto fotoelettrico)

Attraversamento del campione senza interazioneAttraversamento del campione senza interazione

S C RS C R

22Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Legge di attenuazione dei raggi X Legge di attenuazione dei raggi X in un campionein un campione

xeIxI 0

Dove :I intensità della radiazione trasmessaI0 intensità della radiazione incidentex spessore del campione coefficiente di attenuazione lineare:dipende dall’ energia della radiazione incidente, dalla densità e numero atomico del campione

33Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Il coefficiente di attenuazione di Il coefficiente di attenuazione di massamassa

I

I

x0ln

1

densità del materiale, dividendo per rendiamo indipendente il coefficiente di attenuazione dalla densità

44Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Sorgente di raggi XSorgente di raggi X

La nostra sorgente di raggi X è composta da variLa nostra sorgente di raggi X è composta da vari

isotopi:isotopi:

al suo interno vi sono atomi di Am 241 che al suo interno vi sono atomi di Am 241 che

attivano gli isotopi sorgenteattivano gli isotopi sorgente

55Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Il decadimento dell’AmIl decadimento dell’Am241

• L’Am241, isotopo instabile,decade trasformandosi in Nettunio237 ed emettendo

particelle di tipo α e tipo γ tipo α e tipo γ

• Spettro di emissione γ γ

66Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Schema della sorgenteSchema della sorgente

77Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Com’ è possibile ciò?Come si producono raggi X?Come possiamo ottenere raggi X di energie diverse?

Produzione raggi XProduzione raggi X

88Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Transizione livelli ka kbTransizione livelli ka kb

99Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Apparato sperimentaleApparato sperimentale

Sorgenti di RX: Cu, Rb, Mo, Ag, Ba, TbSorgenti di RX: Cu, Rb, Mo, Ag, Ba, Tb

Campioni: Rh e Al+Mn, dei quali sono noti lo spessore e la densità

Rivelatore a semiconduttore Si PIN raffreddato per effetto Peltier

Amplificatore di segnale

Analizzatore multicanale MCA

Sistema computerizzato di acquisizione ed elaborazione dati

1010Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Il nostro strumento di rivelazione di raggi X è un detector Il nostro strumento di rivelazione di raggi X è un detector al silicio.al silicio.

Come funziona il rilevatore?Come funziona il rilevatore?

Come arriva il segnale al PC?Come arriva il segnale al PC?

Risultato delle misure:Risultato delle misure:

spettrospettro

1111Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

1212Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

1414

Misura Sperimentale delMisura Sperimentale delCoefficiente di attenuazioneCoefficiente di attenuazione

Due configurazioni: con e senza campione

campione

II0

Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Errori di tipo statistico:Errori di tipo statistico:Errore sui conteggi – Distribuzione PoissonianaErrore sui conteggi – Distribuzione Poissoniana

Distribuzione di Poisson:Caratteristica di processi binari con una bassa probabilità costante di successo sul singolo evento.

Applicabile ai conteggi: misure con errori indipendenti e casuali.

L’errore sul coefficiente di attenuazione di massa:

1515Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

x

2

Errori di tipo non-statistico:Errori di tipo non-statistico:x e x e

All’interno della formula per il calcolo del coefficiente di attenuazione di massa All’interno della formula per il calcolo del coefficiente di attenuazione di massa figurano due grandezze a cui non si applica la legge statistica per il calcolo figurano due grandezze a cui non si applica la legge statistica per il calcolo dell’errore: la densità e lo spessore.dell’errore: la densità e lo spessore.

La propagazione dell’errore su ciascuna di essa risponde alla seguente La propagazione dell’errore su ciascuna di essa risponde alla seguente formula (Conoscendo ambedue con un noto errore di misura diretta/indiretta):formula (Conoscendo ambedue con un noto errore di misura diretta/indiretta):

1616Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Analisi datiAnalisi dati

Sorgente Energia KeV

Io /Io % I /I % Misuratocm2/g

Al-Mn Teoricocm2/g

cm2/g

Cu 8,04 19058 0,7 3150 2 53 61,3 5

Rb 13,37 68487 0,4 45365 0,5 12,0 13,7 1

Mo 17,44 102582 0,3 83070 0,4 6,2 6,3 0,6

Ag 22,1 97650 0,3 88505 0,3 2,9 3,1 0,3

Ba 32,06 36817 0,5 35961 0,5 0,7 1,1 0,1

Rb coll 13,37 11050 1 7074 1 13 13,7 2

Ag coll 22,1 15646 0,8 14065 0,9 3,1 3,1 0,5

Campione: Alluminio-Manganese

1717Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Non Coll. Collimato10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

13,37 KeVSorgente: Rubidio

Sperimentale Teorico

1818Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Non Coll. Collimato

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

22,10 KeVSorgente: Argento

cm2/g

Sperimentale Teorico

1919Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

2020Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Sorgente Energia KeV

Io /Io % I /I % Misuratocm2/g

cm2/g

AlTeoricocm2/g

Rb 13.37 68487 0,4 3982 2 46 1 46,1

Mo 17.44 102582 0,3 25998 0,6 22,1 0,6 22

Ag 22.1 97650 0,3 49214 0,5 11,0 0,3 11,4

Ba 32.06 36817 0,5 7265 1 26,0 0,7 27

Tb 44.23 9781 1 6408 2 7,0 0,5 11,4

Campione: Rodio

2121Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

2222Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

2323Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

2424Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

2525Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

Ovviamente abbiamo assorbito moltissime radiazioni ma Ovviamente abbiamo assorbito moltissime radiazioni ma almeno abbiamo imparato un bel po’ di cose …almeno abbiamo imparato un bel po’ di cose …

2626Roma, 18-05-2011Roma, 18-05-2011

GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONEGRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE