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SPETTROMETRIA GAMMA A CURA DI: FRANCO Daniele ITIS Hertz SANGERMANO Dario MANZO Toni Liceo E. Amaldi ROTUNNO Maria Giulia TUTORI INFN: CASANO L. CHITI.

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Presentazione sul tema: "SPETTROMETRIA GAMMA A CURA DI: FRANCO Daniele ITIS Hertz SANGERMANO Dario MANZO Toni Liceo E. Amaldi ROTUNNO Maria Giulia TUTORI INFN: CASANO L. CHITI."— Transcript della presentazione:

1 SPETTROMETRIA GAMMA A CURA DI: FRANCO Daniele ITIS Hertz SANGERMANO Dario MANZO Toni Liceo E. Amaldi ROTUNNO Maria Giulia TUTORI INFN: CASANO L. CHITI M.

2 FUNZIONAMENTO DI UNO SPETTROMETRO PER MISURE DI RADIOATTIVITÀ GAMMA Lo spettrometro è linsieme della strumentazione raffigurata nello schema a blocchi ed è utilizzato per misurare lintensità e lenergia dei fotoni che sono radiazioni elettromagnetiche di alta energia. Queste radiazioni si riscontrano in natura e per questo vengono effettuate delle misure per verificare se sono osservati i limiti stabiliti a norma di legge per limitare i danni alle persone esposte e allambiente. Queste radiazioni vengono emesse dai materiali radioattivi a causa dei decadimenti che subiscono.

3 DECADIMENTI RADIOATTIVI La legge di decadimento esprime la variazione del numero dei nuclei nel tempo che ancora non subiscono una trasformazione radioattiva. (N = N 0 * e- λt ) Per ricavare questa legge viene utilizzata la costante di decadimento che esprime la frazione di nuclei che decadono nellunità di tempo. (dN/N 0 / t) I nuclei per cercare lo stato energetico minimo, decadono in un nucleo figlio emettendo radiazioni di tipo alfa, beta o gamma.

4 INTERAZIONI DEI GAMMA CON LA MATERIA I fotoni non interagiscono direttamente con la materia, poiché sono privi di carica elettrica e di massa, ma interagiscono indirettamente ovvero rilasciano la loro energia alla materia attraversata per mezzo di 3 fenomeni quantistici: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. EFFETTO FOTOELETTRICO: Il fotone incidente interagisce con un elettrone appartenente agli orbitali dellatomo maggiormente legati, emettendolo con energia cinetica pari a: E e = E γ – B(energia di legame) E e = E γ – B(energia di legame) Il vuoto che si crea viene riempito da uno o più elettroni dellorbitale più esterno emettendo un raggio γ.

5 EFFETTO COMPTON: In questo fenomeno si ha un urto elastico dove lenergia dellelettrone dipende dallangolo di emissione (θ) del fotone diffuso e dallenergia del fotone incidente ( E γ ). E γ ΄=E γ /1+(1-cosθ)E γ /mc 2 PRODUZIONE DI COPPIE: La produzione di coppie avviene quando lenergia si trasforma in massa, producendo un elettrone e un positrone,che a loro volta si possono annichilire con altri positroni ed elettroni. Ciascun positrone ed elettrone ha una massa di riposo pari a 511 KeV così occorrono 1022 KeV affinché si produca una coppia.

6 IL RIVELATORE Il rivelatore è un trasduttore e comprende lo scintillatore ed il fotomoltiplicatore. Linsieme dei due trasforma degli eventi di ionizzazioni ed eccitazioni in impulsi elettrici perdendo un po di energia.

7 GLI SCINTILLATORI. Gli scintillatori emettono fotoni nel range del campo visibile quando vengono sollecitati da fotoni. Nel nostro caso utilizziamo uno scintillatore al NaI attivato al Tl che è mescolato nel reticolo cristallino. I fotoni emessi dall interazione dei gamma nel rivelatore si muovono in maniera isotropa e vengono convogliati sul fotomoltiplicatore. Per l NaI lenergia media di eccitazione e di circa 30eV, il picco di emissione (del NaI) è di circa 400nm e lefficienza è di circa il 10%. Il cristallo di NaI è incapsulato di alluminio ed è a contatto col fotocatodo con un grasso ottico che ha un indice di rifrazione di 1,5.

8 FOTOMOLTIPLICATORE: Il fotomoltipicatore è costituito inizialmente da un FOTOCATODO che è un elettrodo che per effetto fotoelettrico converte i fotoni emessi dallo scintillatore in elettroni con unefficienza del 25%. La carica emessa è talmente piccola(0,0012pC) che occorre moltiplicarla tramite una struttura a dinodi. I DINODI, posti a tensioni crescenti, moltiplicano gli elettroni ad ogni impatto e sono posizionati in successione a potenziale crescente.

9 AMPLIFICATORE: Serve per amplificare il segnale proveniente dal fotomoltplicatore. Esso agisce in maniera da avere la stessa impedenza onde evitare lattenuazione del segnale e leventuale riflessione dello stesso fa sì che il segnale duscita sia proporzionale al segnale dentrata che a sua volta è proporzionale allenergia iniziale. ADC & MCA: Il segnale analogico emesso dallamplificatore viene digitalizzato in codice binario attraverso lADC ( analogic digital converter ) e viene classificato e contato attraverso lMCA ( multi chanel analyzer ) che immagazzina i segnali a diversi livelli energetici in canali diversi. Il segnale analogico emesso dallamplificatore viene digitalizzato in codice binario attraverso lADC ( analogic digital converter ) e viene classificato e contato attraverso lMCA ( multi chanel analyzer ) che immagazzina i segnali a diversi livelli energetici in canali diversi.

10 APPARATO SPERIMENTALE OTTIMIZZAZIONE DELLA RISOLUZIONE VARIANDO LHV La risoluzione è: R = FWHM/ H o dove FWHM è lampiezza a mezza altezza del picco e H o è il canale centrale del picco.

11 NMISURE H 0 CONTEGGICANALECENTRALECANALE SX MIN CONTEGGICANALE SX MAX CONTEGGICANALE SX MEDIO 12001992886759891066488,390 2100879995399696584495,366 31011910610135051025429101,380 4200931111071000010813884107,387 51008611811442431155824114,314 620072124120893412112125120,318 71020113312839321295330128,274 81008114113646131376176136,310 920073149143961014412408143,279 101005215815248251566028152,239 1120091165160990116112285160,237

12 CONTEGGIO MEDIO MEDIOCANALE DX(MIN) DX(MIN)CONTEGGICANALEDX(MAX)CONTEGGICANALEDX(MEDIO)FWHM 10010941445395941494,5036,113 504410172761024829101,4856,119 506010869511094582108,4687,088 10047114107061156792114,3907,003 504312254761233687122,3558,041 10036128116381297773128,3858,067 510113758361383986137,3639,089 504114553671463698145,3319,021 10037152122721539075152,3199,040 502616169961625452161,3079,068 10046170114141718373170,30310,065

13 Variando la tensione ( Hv ) sul nostro amplificatore abbiamo trovato che la migliore risoluzione è 0,061 corrispondente ai 980 Volt Tensione ( V ) R 9000,066 9100,062 9200,067 9300,063 9400,068 9500,065 9600,068 9700,064 9800,061 9900,057 10000,061

14 VERIFICA DELLA LINEARITA DELLAMPLIFICATORE Lamplificazione è definita dal rapporto Vout/ Vin Questo rapporto deve mantenersi costante V IN EA V OUT EAVOUT/VIN ER (VIN) ER (VOUT) EA VOUT/VIN 0,050,0051,680,05340,1000,0304 0,10,0053,320,05330,0500,0152 0,150,0054,80,05320,0330,0101 0,20,0056,480,05320,0250,0081 0,250,0058,080,0532,30,0200,0060,8 0,30,0059,680,0532,30,0170,0050,7 0,350,00511,160,0531,90,0140,0040,6 0,40,00511,320,0528,30,0130,0040,5

15 Analizzando i rapporti tra la tensione in entrata e quella in uscita abbiamo trovato una zona in cui la linearità dellamplificatore si mantiene costante fino al segnale di tensione di 0,4 Volt.

16 VERIFICA DELLA LINEARITA DELLADC mVCANALEmV/CH 50790,633 1001600,625 1502400,625 2003190,627 2504000,625 3004810,624 Verificando il rapporto tensione su canale abbiamo riscontrato dei valori costanti quindi la linearità dellADC è verificata.

17 CALIBRAZIONE IN ENERGIA SORGENTICANALEEaENERGIAEa AMERICIO 24115159,50,1 COBALTO 57301136,50,1 BARIO 133831383,80,1 CESIO 1371471661,60,1 MANGANESE 541801834,80,1 SODIO 2224611274,50,1 COBALTO 60252113320,1 YTTRIO 88291118360,1 La calibrazione permette di trovare la relazione matematica tra canale delladc ed energia dei fotoni.

18 SORGENTI CANALE SX CANALE DX SOMMA CANALI CONTEGGI AREA Co_5726361033655 Cs-13712416137101234 Mn-5416219331112359 Co-602272411491861 Co-602442611779910 Y-882792981915427 CH SX CH SXX MEDIA CH SX CH DX CH DXX 4485384932618 153174163,51924 1581681632928 180416751739,515281186 118615281357267240 177202189,55655 EFFICIENZA E' il rapporto fra fotoni visti/ fotoni emessi ovvero il numero di impulsi registrati dal rivelatore per un radionuclide e il numero di disintegrazioni realmente avvenute nel radionuclide. Per calcolare lefficienza è quindi necessario conoscere lattività del radionuclide al momento della misura

19 MEDIA CH DX MEDIA GEN. FONDO AREA PICCO SECONDI 22257,525753108030,46 21,592,53422,597811,568,42 28,595,752968,25109390,75263,94 13571548,2521675,570185,5113,2 253,5805,2513689,2566220,75113,2 55,5122,52327,513099,51000 CP/S NETTI FOTONI ENERGIA (KEV) EFFICIENZA 1020,3596220136,50,0106 1429,5734052,8661,60,0420 414,4512016834,80,0345 620,013213111730,0193 584,993213113320,0182 13,1084618360,0155

20 Conclusione: Ponendo a misura diversi campioni ( matrice ambientali ) riusciamo a stabilire: In base alla posizione dei picchi ( energia del picco ) i tipi di radionuclidi presenti Risalire e conoscere lattività di ciascun radionuclide


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