2010 Stages invernali I.T.I.S. H. HERTZ V Fase Binelli Marco Guardini Gaia Mattei Marco

Misura del coefficiente di attenuazione di massa 2010 Stages invernali Misura del coefficiente di attenuazione di massa

SCOPO Misura sperimentale del coefficiente di attenuazione di massa m/r di un campione puro di rodio (Rh) e di una lega alluminio - manganese (Al-Mn), usando i raggi X (RX) Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

SORGENTI RX Isotopi radioattivi Produzione RX caratteristici Tubo RX Produzione radiazioni di frenamento SORGENTI RX Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Produzione RX caratteristici: I RX vengono prodotti dall’ interazione fra un fascio di particelle e gli elettroni più interni dell’atomo costituente il materiale bersaglio. Il fascio di energia superiore a quella di estrazione degli elettroni K o L, causa l’espulsione di quest’ultimi dall’atomo e la formazione di una lacuna elettrica con la conseguente eccitazione dell’atomo. (effetto fotoelettrico) Conseguenza diseccitazione dell’atomo: Gli elettroni dei livelli energetici superiori colmano la lacuna elettrica attraverso una transizione in cui l’elettrone perde energia emettendo RX. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Produzione Radiazioni di Frenamento ( Bremsstrahlung ) Produzione Radiazioni di Frenamento Il fascio di elettroni (tubo RX) viene decelerato a causa del campo elettrico generato dagli atomi bersaglio … Conseguenza La variazione della velocità di una particella carica provoca l’emissione di radiazioni che in questo caso hanno l’energia dei RX. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Esempio di spettro di emissione di un tubo RX: Spettro bianco tubo RX di Mo Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Interazione raggi x (a bassa energia) - materia (processi di assorbimento e diffusione): L’ interazione fra la radiazione e la materia provoca i seguenti fenomeni: Assorbimento: Effetto fotoelettrico Diffusione : Anelastica ( Compton ) Elastica (Rayleigh Thomson) Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Effetto fotoelettrico: Quando un fascio di energia E = hν maggiore a quella di estrazione degli elettroni interni ad un atomo lo investe, si ha l’espulsione degli elettroni con la formazione di una lacuna elettrica. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Effetto Compton : (Diffusione anelastica) Si verifica in seguito all’urto anelastico tra un fotone di energia E0= hν e un elettrone libero. Nell’urto non si conserva l’energia del fotone incidente , quindi : Eo= E1 + K Dove: E1 è l’energia del fotone diffuso K Energia cinetica trasferita all’elettrone nell’urto. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Diffusione elastica : (Rayleigh e Thomson) Nella diffusione elastica si ha la variazione della direzione di propagazione del fotone incidente ma non della sua energia. diffusione Rayleigh: Interazione del fotone incidente con l’insieme degli elettroni costituenti l’atomo. diffusione Thomson: Interazione del fotone incidente con un elettrone libero . Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE DI UN MATERIALE: Quando un fascio di RX monoenergetico di intensità I0 investe un campione di spessore x e densità r, il campione irradiato attenua il fascio secondo la legge: Dove: (r,Z,E0) = coefficiente di attenuazione lineare I(x) = intensità del fascio attenuato Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Buona geometria : collimatore collimatore sorgente rivelatore campione x sorgente rivelatore campione x è la sezione del campione attraversato dal fascio ┴ al bersaglio Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Coefficiente di attenuazione di massa: È indipendente dalla densità del materiale (xr: massa per unità di area) Se il campione è composto da i elementi presenti nella frazione in peso w, allora: Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Misura del coefficiente di attenuazione di massa 2010 Stages invernali Misura del coefficiente di attenuazione di massa Descrizione esperimento

Componenti dell’apparato: Sorgente Campione Amplificatore Multicanale Rivelatore RX Computer con software Amptek Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Sorgente: La sorgente comprende elementi (Cu, Ag, Ba, Mo, Rb, Tb ,) attivati dai raggi gamma (Rg) emessi dal radioisotopo Americio 241 (241 Am). Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Sorgente: Am-241 decade α trasmutandosi in Neptunio (Np-237 ) Il nucleo di Neptunio metastabile si diseccita emettendo raggi gamma. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Schema dell’ apparato: XR-100CR (rivelatore) Alimentatore ed Amplificatore del segnale segnale MCA (analizzatore multicanale) PU gate Dati digitali Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Campioni: I campioni analizzati sono: Campione puro di Rodio; Campione lega di Alluminio e Manganese. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Procedimento per la misura: Scegliere la sorgente; Misurare l’intensità del fascio I0 emesso dalla sorgente (senza campione); Scegliere il campione; Misura dell’intensità del fascio I trasmesso dal campione; Calcolo di m/r; Calcolo degli errori; Confronto tra i dati sperimentali e quelli tabulati. campione I0 I Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Errori: L’incertezza sui conteggi è proporzionale a => il tempo di misura è legato all’incertezza che si vuole ottenere nella misura. Calcolo dell’errore : Statistico Non statistico Totale ( somma tra E statistico ed E non statistico) Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Esempio di spettro: Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Tabella Rodio: Campione: Rh Spessore: 50 micron Densità: 12.41 g/cm3 Sorgente Energia KeV Io conteggi sIo/Io % I sI/I m/r Misurato cm2g-1 s(m/r) Teorico Cu 8.04 19271 0.74 / Rb 13.37 68128 0.39 4028 1.64 46 1 46.1 Mo 17.44 99404 0.32 25951 0.63 21.6 0.5 22 Ag 22.1 96429 0.33 46764 0.47 11.7 0.3 11.4 Ba 32.06 36786 0.53 7097 1.24 26.5 0.7 27 Tb 44.3 6479 1.79 3113 2.63 11.8 Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

LEGENDA Risultati Rodio: Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Tabella Lega Al-Mn: Il valore di m/r Teorico cm2g-1 deriva dalla somma in percentuale della lega Al – Mn, formata dal 95% di Al e dal 5% di Mn Campione: Al-Mn Spessore: 106 micron Densità: 2.699 g/cm3 (Al) 7.44 g/cm3 (Mn) Densita totale : 2.94 g/cm3 Sorgente Io conteggi sIo/Io % I sI/I m/r Misurato cm2g-1 Etot(m/r) Teorico Rb 50274 0.39 33181 0,51 14.2 0.4 13.67 Mo 99673 0.32 82374 0,35 6.5 0.2 6.26 Ag 96429 0.33 87477 0,34 3.3 3.12 Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

LEGENDA Risultati Rodio: Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Conclusioni: Dai grafici si evince che il confronto tra le misure sperimentali e teoriche sono in accordo entro gli errori sperimentali. Nel caso della sorgente Cu il campione di rodio risulta troppo spesso per cui il fascio viene completamente assorbito. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco

Ringraziamenti: Marco B, Marco M e Gaia ringraziano: L’INFN per aver organizzato gli stages ; Il nostro tutore Astrik Gorghinian per il grande aiuto che ci ha dato; Prof.ssa Luigina Rocchi per averci dato l’opportunità di partecipare agli stages. Binelli Marco - Guardini Gaia - Mattei Marco