Sorgenti di radiazione

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 – 107 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

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

T1/2 = ln 2 /λ = tempo di dimezzamento 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) = N0 e-λ t Τ = 1/λ = vita media T1/2 = ln 2 /λ = tempo di dimezzamento

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

n -> p + e- + ν (A,Z) -> (A,Z+1) p -> n + e+ + ν (A,Z) -> (A,Z-1) Isotopi radioattivi beta Isotopo Vita media Max energy (MeV) 3H 12.26 y 0.0186 14C 5730 y 0.156 90Sr/90Y 27.7 y/64 h 0.546/2.27 99Tc 2.12 105 y 0.292

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

Un esempio: il decadimento doppio 90Sr/90Y 90Sr -> 90Y (beta-) Vita media = 27.7 anni Emax = 0.546 MeV 90Y -> 90Zr (beta-) Vita media = 64 ore Emax = 2.27 MeV

Isotopi radioattivi alfa

Isotopo Vita media Alpha Energy (MeV) 238U 4.5 x 109 y 4.196/4.149 239Pu 2.4 x 104 y 5.105/5.143/5.155 241Am 433 y 5.443/5.486 La struttura a righe di uno spettro di particelle alfa emesse da vari isotopi

Isotopi radioattivi gamma

Spettro gamma del 137Cs

Spettro gamma del 60Co

Spettro gamma di un campione contenente diversi isotopi emettitori gamma

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

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

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

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

Distribuzioni in massa ed energia dei due frammenti di fissione

Sorgenti di raggi X

Cu

Radiazione cosmica Un protone (o un nucleo più pesante) di altissima energia (fino e oltre 1020 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.

Distribuzione in energia dei cosmici primari

Distribuzione in energia dei muoni secondari

Unità di misura e nomenclatura Attività di una sorgente: 1 Bq = 1 disintegrazione/s 1 Ci = 3.7 x 1010 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

Dosi tipiche Sorgenti naturali: Radiazione cosmica 28 mrem/anno Fondo naturale 26 mrem/anno Radioattività interna al corpo: 26 mrem/anno Sorgenti artificiali: Radiografia: 100-200 mrem Dipende da svariati fattori: - Ad esempio, in alta montagna (2000-3000 m) la dose dovuta alla radiazione cosmica è doppia - Il fondo naturale dipende dal tipo di terreno