Misura di raggi cosmici mediante contatori Geiger

Apparato sperimentale: Due contatori Geiger Sistema di acquisizione dati PASCO Circuito logico OR Circuito logico AND (di coincidenza) Eventuali sorgenti radioattive

Un contatore Geiger è sensibile alla radiazione cosmica secondaria a livello del mare (elettroni e muoni), con efficienza prossima al 100%. Un contatore di piccole dimensioni, quali quelli adoperati in laboratorio, hanno rate di conteggio per i cosmici di circa 0.3 Hz.

Attività sperimentale 1. Studio della distribuzione del numero di conteggi Effettuando con un solo contatore Geiger una serie di misure di cosmici per brevi intervalli di tempo (ad es. 5-10 s) si può studiare la distribuzione delle misure e confrontarla con la distribuzione attesa di Poisson (per valori piccoli della media) o di Gauss (per valori più grandi) Distribuzione di Poisson

Distribuzione di Gauss

Il Geiger è sensibile indirettamente anche ai gamma, che producono elettroni nel materiale che circonda il contatore Distribuzione delle ,misure ottenute con una sorgente di 60Co, confrontate con la distribuzione di Gauss

2. Utilizzo di un circuito OR Tavola di verità OR In#1 In#2 OUT 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 Un circuito OR consente di mescolare due o più segnali, ottenendo un segnale all’uscita quando almeno un segnale è presente ad uno degli ingressi Ingressi OUT

Utilizzando un circuito OR e due contatori Geiger, effettuare delle misure di conteggi, verificando che il rate di conteggio misurato sia pari alla somma dei singoli rate dei contatori.

Misure di cosmici in coincidenza Quando 2 rivelatori segnalano il passaggio di una particella simultaneamente (entro una certa finestra temporale), può trattarsi di un evento casuale o di un vero e proprio processo fisico. Esempio di un evento vero di coincidenza: la stessa particella passa per entrambi i contatori Esempio di una coincidenza casuale tra 2 particelle che attraversano i due contatori entro lo stesso intervallo temporale

Tavola di verità AND In#1 In#2 OUT 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 Un circuito AND di coincidenza produce un segnale quando è presente un segnale ad entrambi gli ingressi. Durata ~100 μs IN#1 IN#2 Stima del rate di coincidenze casuali OUT

3. Utilizzo di un circuito di coincidenza per misure di cosmici tramite contatori Geiger in configurazione telescopica AND Con i 2 rivelatori piazzati circa verticalmente l’uno sull’altro, si possono misurare i muoni cosmici che attraversano entrambi i contatori, definendo grossolanamente la direzione di provenienza.

La distanza relativa e le dimensioni dei contatori definiscono il cono angolare entro cui i muoni sono rivelati. Distanze maggiori: migliore precisione, ma minor tasso di conteggio Posizionando i 2 contatori ad un certo angolo rispetto alla verticale, si può misurare grossolanamente la distribuzione angolare dei muoni cosmici secondari, che segue una legge del tipo cos2 θ

Una misura dettagliata della distribuzione angolare dei cosmici, ottenuta con 2 contatori Geiger

Riv.1 Riv.2 4. Utilizzo di un circuito di coincidenza per misure di sciami atmosferici estesi (2 rivelatori sullo stesso piano orizzontale, ad una certa distanza relativa).

AND Queste misure sono molto lunghe, perché il tasso di coincidenze è molto basso, anche a distanze relative di pochi centimetri) e il numero di coincidenze vere è prossimo a quello delle coincidenze spurie (che vanno stimate e sottratte).

Esempi di misure di coincidenza tra 2 rivelatori al variare della distanza relativa

Aspetti sperimentali: Studio del fondo dovuto alle coincidenze casuali Valutazione delle indeterminazioni geometriche Indeterminazione angolare nella configurazione telescopica Valutazione delle distanze effettive tra 2 contatori non puntiformi

Rif.: Physics Education 41(2006)204