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Sorgenti di radiazione. Radiazioni cariche · particelle cariche pesanti (p, alfa, ioni pesanti) · elettroni Radiazioni neutre · radiazione elettromagnetica.

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1 Sorgenti di radiazione

2 Radiazioni cariche · particelle cariche pesanti (p, alfa, ioni pesanti) · elettroni Radiazioni neutre · radiazione elettromagnetica (X, γ) · neutroni Radiazione cosmica secondaria (muoni, elettroni) Range energia di interesse: Sorgenti radioattive ~ pochi eV – 10 7 eV (10 MeV) Radiazione cosmica secondaria ~ MeV - ~ GeV Capacità penetrazione radiazioni Elettroni da sorgenti radioattive: alcuni mm di materiali Particella alfa da sorgenti: alcuni cm di aria, ~100 μm materiali Muoni cosmici: anche spessori dell’ordine del metro

3 I nuclei stabili si dispongono nel piano (A,Z) leggermente al di sopra della linea N=Z Al di fuori della regione di stabilità, esistono molti isotopi radioattivi

4 Legge del decadimento radioattivo: In un campione di N nuclei, il numero medio di nuclei che decade in un tempo dt è: dN = - λ N dt λ = costante di decdimento L’andamento del numero di nuclei ancora presenti al tempo t sarà dunque: N(t) = N 0 e -λ t Τ = 1/λ = vita media T 1/2 = ln 2 /λ = tempo di dimezzamento

5 Per le varie sostanze radioattive vite medie (e quindi tempi di dimezzamento) variano entro ampi limiti

6 Isotopi radioattivi beta Isotopo Vita media Max energy (MeV) 3 H y C 5730 y Sr/ 90 Y 27.7 y/64 h 0.546/ Tc y n -> p + e - + ν (A,Z) -> (A,Z+1) p -> n + e + + ν (A,Z) -> (A,Z-1)

7 Il decadimento a 3 corpi nello stato finale produce uno spettro continuo degli elettroni A causa dell’interazione Coulombiana gli spettri di elettroni e positroni sono leggermente shiftati

8 Un esempio: il decadimento doppio 90 Sr/ 90 Y 90 Sr -> 90 Y (beta-) Vita media = 27.7 anni Emax = MeV 90 Y -> 90 Zr (beta-) Vita media = 64 ore Emax = 2.27 MeV

9 Isotopi radioattivi alfa

10 Isotopo Vita media Alpha Energy (MeV) 238 U 4.5 x 10 9 y 4.196/ Pu 2.4 x 10 4 y 5.105/5.143/ Am 433 y 5.443/5.486 La struttura a righe di uno spettro di particelle alfa emesse da vari isotopi

11 Isotopi radioattivi gamma

12 Spettro gamma del 137 Cs

13 Spettro gamma del 60 Co

14 Spettro gamma di un campione contenente diversi isotopi emettitori gamma

15 Uno spettro gamma misurato ad alta risoluzione con un rivelatore al germanio

16 Sorgenti di fissione Alcuni nuclei (pesanti) possono frammentarsi spontaneamente in 2 nuclei di massa intermedia (processo di fissione)

17 Nel processo vengono emessi anche alcuni neutroni, che possono indurre la fissione di altri nuclei (fissione indotta), fino ad innescare anche una reazione a catena

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19 Vari modi di decadimento: Decadimento alfa Decadimento beta- Decadimento beta+, E.C. Stabile Fissione spontanea

20 Distribuzioni in massa ed energia dei due frammenti di fissione

21 Sorgenti di raggi X

22 Cu

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25 Radiazione cosmica Un protone (o un nucleo più pesante) di altissima energia (fino e oltre eV) incide sull’atmosfera producendo una cascata di particelle secondarie. Le particelle più penetranti in questo sciame sono i muoni, capaci di arrivare anche al livello del mare.

26 Distribuzione in energia dei cosmici primari

27 Distribuzione in energia dei muoni secondari

28 Unità di misura e nomenclatura Attività di una sorgente: 1 Bq = 1 disintegrazione/s 1 Ci = 3.7 x dis/s (attività di 1 g di Radio 226) Concetto di dose: Energia depositata/unità di massa 1 Gray (Gy) = 1J/ 1 kg 1 Gy = 100 rad Concetto di dose equivalente: (Fattore di qualità ) x (Dose) 1 Sievert (Sv) = (Fattore di qualità ) x 1 Gy 1 Sv = 100 rem Quality factor ~1 per gamma e beta ~ 10 per protoni e neutroni veloci ~ 20 per alfa

29 Dosi tipiche Sorgenti naturali: Radiazione cosmica 28 mrem/anno Fondo naturale 26 mrem/anno Radioattività interna al corpo: 26 mrem/anno Sorgenti artificiali: Radiografia: mrem Dipende da svariati fattori: - Ad esempio, in alta montagna ( m) la dose dovuta alla radiazione cosmica è doppia - Il fondo naturale dipende dal tipo di terreno

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