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SPETTROMETRIA : MESSA IN FUNZIONE DI UNA CATENA DI ACQUISIZIONE CON RIVELATORI DI NaI(Tl)

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Presentazione sul tema: "SPETTROMETRIA : MESSA IN FUNZIONE DI UNA CATENA DI ACQUISIZIONE CON RIVELATORI DI NaI(Tl)"— Transcript della presentazione:

1 SPETTROMETRIA : MESSA IN FUNZIONE DI UNA CATENA DI ACQUISIZIONE CON RIVELATORI DI NaI(Tl)

2 Rivelatore NaI(Tl) Fotomoltiplicatore Amplificatore ADC SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DI MISURA MCA Alta tensione Fotocatodo Dinodo

3 INTERAZIONE FOTONE/MATERIA I fotoni non interagiscono direttamente con la materia. La radiazione fotonica, quando la attraversa, rilascia la sua energia attraverso tre effetti: EFFETTO FOTOELETTRICO EFFETTO COMPTON PRODUZIONE DI COPPIE Permette la trasmissione dellenergia del fotone alla materia. Il fotone interagisce con un elettrone che si trova negli orbitali più interni dellatomo. Lelettrone acquista energia e sale di livello; se gli viene somministrata unenergia sufficiente a farlo fuggire dallatomo, avverrà leffetto fotoelettrico. Leffetto Compton è una particolare interazione tra un fotone ed un elettrone libero (poco legato). Quando il fotone colpisce lelettrone, varia la sua traiettoria e la sua lunghezza donda. Lenergia del fotone secondario e dellelettrone varierà in funzione dellangolo di emissione. Può accadere che un fotone interagisca con i campi elettrici della materia con cui viene a contatto, producendo un elettrone ed un positrone. Lenergia minima che deve avere il fotone per dar luogo a questo effetto, dovrà essere di 1022 keV.

4 Am-241 SPETTRI ACQUISITI Mn-54 Cs-137 Co-60 Fotopicchi Spalla Compton x=ch y=conteggi

5 TARATURA E f(Ch) Per poter effettuare la calibrazione del rivelatore occorre calcolare un coefficiente che permetta di determinare la relazione che intercorre tra il numero del canale e lenergia del fotone. Nellipotesi che tutti i fenomeni siano lineari, la relazione tra lenergia e il numero del canale sarà una retta. I canali inseriti nel grafico sono quelli relativi ai fotopicchi di alcune sostanze note: Am-241, Cs-137, Co-60. I valori sullasse delle x sono stati inseriti facendo la media aritmetica dei canali prossimi al conteggio massimo. Lenergia di ogni fotopicco è nota in quanto è un valore caratteristico di ogni radionuclide. Dopo lindividuazione dei punti, si è considerato un errore di 0.5 canali per ogni misura; si è infine tracciata la retta di cui si è calcolata la pendenza fra due punti. La relazione tra energia e canale è K = 8,16 keV/Ch b = -10 keV Si è così verificata una buona relazione tra lipotesi e le misure sperimentali effettuate. E = k*Ch+b Lerrore percentuale medio sul calcolo dellenergia è del 2%

6 CURVA DI EFFICIENZA Lefficienza intrinseca di picco è definita come il rapporto tra i fotoni misurati per secondo dal rivelatore ed i fotoni totali emessi dalla sorgente conteggi al secondo emessi al secondo La curva dellefficienza in funzione dellenergia nellintervallo da noi considerato è quella riportata in figura Lerrore percentuale massimo sul calcolo dellefficienza è del 7%

7 FWHM FWHM f(E) La FWHM (Full Width Half Maximum) rappresenta lintera larghezza del fotopicco a metà altezza ed è correlata con la risoluzione del sistema. Andamento della risoluzione in funzione dellenergia H R= FWHM H Lerrore percentuale massimo sul calcolo della FWHM è minore del 10%

8 Rivelatore Ge (HPGe) Preamplificatore Amplificatore ADC SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DI MISURA MCA Alta tensione DALLO IODURO AL GERMANIO…

9 PERCHE IN SPETTROMETRIA SI USANO RIVELATORI AL Ge? Banda di conduzione Banda di valenza Banda di conduzione Banda di valenza Isolanti (NaI) Semiconduttori (Ge) E > 5 eV E > 1 eV FWHM 1 N N = numero medio di particelle cariche (elettroni) per ogni interazione N Ge > N NaI FWHM Ge < FWHM NaI

10 CARATTERISTICHE DEL Ge(HPGe) Tabella dellefficienza Energy Effic. Fit Delta ========== Knee =========== % % % % % % % % % % % % % Energia = Ch * Ch 2 FWHM = Ch *10 -8 Ch 2

11 CONFRONTO SPETTRI DELLEUROPIO-152 Ge (HPGe) NaI(Tl) Eff.(661 keV) = 0,011 Risoluzione = 0,17 keV/Ch Eff.(661 keV) = 0,041 Risoluzione = 8,16 keV/Ch N.B. Gli errori sono quelli riportati nelle tabelle precedenti

12 ANALISI DEI DATI Lo scopo finale dellesperienza è quello di analizzare gli spettri di radionuclidi presenti nelle matrici ambientali. Radionuclide Energia [keV] Cs ,57 + 0,17 Campione di terra del bosco dei Monti Lepini Dal momento che il tempo di dimezzamento del Cs-137 è di circa 30 anni è ragionevole pensare che questo radionuclide risalga a Chernobyl. Tempo di campionamento: s

13 Bosco Andrea I.T.I.S. H. Hertz Roma Natale Francesco I.T.I.S E. Fermi Frascati Perotti Roberto I.T.I.S S. Cannizzaro Colleferro Pirrò Stefano I.T.I.S E. Fermi Frascati Rega Martina L.S. B.Touschek Grottaferrata


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