Stage invernale Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori

Stage invernale Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali di Frascati Partecipanti: Massimo Esposito Juri Mastrostefano Song Le Jin Cristina He Tutor: Astrik Gorghinian ITIS G. Vallauri IIS Enzo Ferrari (Velletri) (Roma)

Determinazione del coefficiente di attenuazione di campioni di materiale noto Misura: m/r

RAGGI X (RX) RX : onde elettromagnetiche di lunghezza d’onda compresa tra 10 nm e 1 pm I RX sono usati principalmente al fine di studiare la struttura dei materiali. (radiografia, TAC, XRF, diffrattometria, spettroscopia di assorbimento…)

INTERAZIONE RX E MATERIA l’interazione tra RX deboli e la materia provoca principalmente i seguenti processi: • diffusione (elastica e anelastica) • assorbimento (effetto fotoelettrico)

DIFFUSIONE (elastica e anelastica) Nella diffusione elastica si ha la variazione della direzione di propagazione del fotone incidente ma non della sua energia. Nella diffusione anelastica in seguito all’urto anelastico tra un fotone di energia E 0= hν e un elettrone libero non si conserva l’energia del fotone incidente Eo= E 1 + K Dove: E 1 è l’energia del fotone diffuso K Energia cinetica trasferita all’elettrone nell’urto.

ASSORBIMENTO (effetto fotoelettrico) 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.

SORGENTI RX posso essere generati dalle seguenti tipologie di sorgenti: • Tubo a RX • Isotopi

IL TUBO RX

SPETTRO DI EMISSIONE DI UN TUBO RX

ISOTOPI: SORGENTI UTILIZZATE La sorgente usata comprende elementi (Cu, Ag, Ba, Mo, Rb, Tb ) attivati dai raggi gamma (Rg) emessi dal radioisotopo Americio 241 (241 Am). Sorgente Energia Ke. V Rame (Cu) 8, 04 Rubidio (Rb) 13, 37 Molibdeno (Mo) 17, 44 Argento (Ag) 22, 10 Bario (Ba) 32, 06 Terbio (Tb) 44, 23

LEGGE DI ATTENUAZIONE DEI RX I= Io e-µx dove Io intensità della radiazione incidente I (conteggi) 140 120 100 80 60 40 I intensità della radiazione attenuata m Coefficiente di attenuazione lineare; x spessore del campione in buona geometria 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 X (cm) Da cui : Per rendere il coefficente di attenuazione lineare µ indipendente dalla densità r lo dividiamo per la densità ρ del materiale

COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE PER I COMPOSTI Quando il campione è composto da più elementi, si utilizza la seguente formula : µ/ρ= Σi Ci (µ/ρ)i Ci : concentrazione dell’elemento i

COMPONENTI DELL’ESPERIMENTO • Campioni (Rh e Al+Mn) • 6 Sorgenti di RX • Rivelatore • Amplificatore • Analizzatore multicanale (MCA) • Computer (acquisizione ed elaborazione dati)

Schema dell’ apparato di acquisizione XR-100 CR (rivelatore) segnale MCA (analizzatore multicanale) PU gate Dati digitali Alimentatore ed Amplificatore del segnale

Procedura della misura

Misura di I 0 18000 Spettro di emissione Ag senza campione 16000 conteggi 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 250 300 Ag (ka) 22, 1 ke. V 350 Ag (kb) 24, 99 ke. V 400 canali Raggi X RIVELATORE Sorgente RX Collimatore

conteggio Misura di I 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Spettro di emissione Ag con campione Ag(ka) 22, 1 ke. V Raggi X Diffusi RIVELATORE Raggi X Passanti Sorgente RX Collimatore Campione

Confronto dello spettro di emissione Ag senza e con campione 18000 16000 14000 conteggi 12000 10000 con campione 8000 senza campione 6000 4000 2000 0 250 270 290 310 Ag(Ka) 22, 10 Ke. V 330 350 Ag(Kb) 24, 99 ke. V 370 390

Errori: 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)

Ringraziamenti • Il direttore dei LNF U. Dosselli • Il direttore del laboratorio di • Lo staff SIDS di divulgazione scientifica radioprotezione A. Esposito • I tecnici del laboratorio di Radioprotezione • Il nostro tutor A. Gorghinian