Stages invernali 2009 A cura di Caldarola Simone, Cuomo Francesca, Ferraro Giacomo, Ilardi Daniele, Marasciulo Licia.

Misura del coefficiente di attenuazione

Scopo dell’esperimento Dati un campione di Rodio (Rh) ed uno di Alluminio + Manganese (Al+Mn) utilizzando fasci di Raggi X (RX) di energia diversa si vuole misurare i coefficienti di attenuazione m/r relativi

Produzione RX Quando un fascio di radiazioni di una data E interagisce con la materia, gli elettroni delle orbite più interne vengono espulsi dall’atomo, eccitandolo. Nell’atomo eccitato si induce una transizione elettronica con conseguente emissione di radiazione RX di energia ed intensità legate alla transizione.

Radioisotopi La nostra sorgente di RX era costituita da una serie di elementi attivati da un radioisotopo: l’espulsione degli elettroni più interni (effetto fotoelettrico) delle sorgenti RX avveniva per mezzo di Rg emessi dall’Americio 241.

EFFETTO FOTOELETTRICO

Energia dei RX utilizzate Rame = 8KeV Rubidio = 13,37KeV Molibdeno = 17,44KeV Argento = 22,10KeV Bario = 32,06KeV Terbio = 44,23KeV

SORGENTE PRIMARIA

Rispetto ad un fascio di particelle i RX (o Rg) Sono più penetranti (interagiscono con minor probabilità con la materia) Vengono rimossi dal fascio mantenendo la stessa energia (il fascio passante si attenua, per diffusione o assorbimento, ma l’ energia dei fotoni rimane invariata).

Legge dell’assorbimento Quando un campione, di spessore x e densità r, viene irradiato da una sorgente di fotoni monocromatici di intensità I0, trasmette una quantità di radiazione I(x) secondo la legge: I(x) = I0 e −μ x Valida in condizione di buona geometria m= coefficiente lineare di assorbimento, dipende dalle caratteristiche del campione (r, numero atomico, energia del fascio incidente) m grande = breve percorso della radiazione m piccolo = percorso della radiazione lungo

BUONA GEOMETRIA sorgente collimatore assorbitore rivelatore

COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE MASSICO è indipendente dalla densità del materiale (r x : massa per unità di materiale) Se il campione è composto da i elementi presenti nella frazione in peso w, allora:

APPARATO SPERIMENTALE Diverse sorgenti radioattive (Cu, Rb, Mo, Ag, Ba, Tb, attivate dall’ Am 241) che emettono radiazione di energia nota (da circa 8 KeV a 60 KeV); due campioni di spessore e densità noti; un rivelatore a semiconduttore Si(Pin); un amplificatore; un analizzatore multicanale MCA Sistema di acquisizione ed elaborazione dati

SCHEMA DELL’APPARATO SPERIMENTALE

Campioni usati Rodio (Rh) r = (1,241 x 10 ± 0,001) g/cm3 x = (50 ± 1)mm 95% Al – 5% Mn r Al =(2,699 ± 0,001) g/cm3,r Mn = (7,44 ± 0,001) g/cm3 rtot =(2,936 ± 0,001) g/cm3 x = (100 ± 1) mm

ESECUZIONE DELL’ ESPERIMENTO Scelta della sorgente Misura della intensità del fascio emesso dalla sorgente I0 Misura della intensità del fascio I trasmesso dal campione Calcolo di m/r Calcolo dell’ errore statistico su Io e I Calcolo dell’errore non statistico su r e x Errore totale Confronto con i dati tabulati (teorici)

Determinazione del tempo di misura la scelta del tempo t di misura deve essere tale da ottenere sI% (errore percentuale sui conteggi) dell’ordine dell’ 1%. Ricordiamo: la statistica dei conteggi segue la statistica di Poisson per cui la misura dell’intensità del picco è Poiché L’errore relativo sulla misura sarà

Confronto spettri verifica dell’attenuazione Ag Ag+Rh

Coefficiente di attenuazione del Rodio Sorgente Energia Io sIo/Io % I sI/I % m/r Teor m/r Speri s (m/r) D (m/r) e(m/r) KeV Conteggi conteggi cm2/g totale Cu 8,04 16736 0,84 0,00 188,00 Rb 13,7 67450 0,39 3811 1,67 46,10 46 0,3 0,9 1 Mo 17,44 98516 0,33 25049 0,65 22,00 22,1 0,1 0,4 0,6 Ag 95800 47256 0,46 11,40 11,4 0,2 Ba 32,06 36292 0,54 6919 1,25 27,00 26,7 0,5 0,8 Tb 44,23 26158 0,64 13126 0,91 11,1

Coefficiente di attenuazione Al+Mg Sorgente Energia Io sIo/Io % I sI/I % (m/r) Al Teor (m/r) Mn Teor m/r Teor m/r Speri s (m/r) D (m/r) e(m/r) KeV Conteggi conteggi cm2/g totale Rb 13,7 67450 0,39 43018 0,49 10,8 68,1 13,67 15,3 1,0 0,2 1,1 Mo 17,44 98516 0,33 81941 0,36 4,87 32,5 6,25 6,3 0,8 0,1 0,9 Ag 22,1 95800 87451 0,34 2,41 16,6 3,12 3,1 0,0

CONCLUSIONI I valori sperimentali ottenuti sono tutti confrontabili con quelli teorici entro gli errori sperimentali.

RINGRAZIAMENTI I ragazzi della specializzazione FASE ringraziano: Il SIS, per l’ ottima organizzazione; Il Presidente, per aver concesso gli stages; Astrik Gorghinian, per l’infinita pazienza; Maurizio Chiti, per la gentilezza; Prof. Luigi Casano, per la fiducia; Prof. ssa Francesca Sartogo, per l’ opportunità; Giuseppe Carinci, per la simpatia.