Misura della radioattività di fondo naturale L’ambiente in cui viviamo è continuamente attraversato da una grande varietà di particelle subatomiche e radiazioni elettromagnetiche di energia variabile in un ampio spettro. Queste radiazioni possono avere origine naturale o artificiale. Alla prima categoria appartiene, oltre alla radiazione cosmica, la radioattività primordiale contenuta principalmente nelle rocce. La terra è formata dal materiale prodotto nella nucleosintesi stellare, che grazie ai processi di cattura protonica, alpha e neutronica è riuscita a produrre tutti gli elementi chimici presenti sulla terra. In questo modo si producono anche molti isotopi radioattivi, che poi, con tempi di dimezzamento più o meno lunghi, decadono in nuclidi, stabili o radioattivi anch’essi, principalmente attraverso emissioni di particelle alpha (ioni di elio carichi 2+), beta+ oppure beta- (elettroni o positroni) seguite da radiazione X (fotoni che vengono emessi a seguito del riarrangiamento della configurazione elettronica dell’atomo) o gamma (fotoni energetici che vengono emessi dalla diseccitazione verso lo stato fondamentale degli stati eccitati del nucleo “figlio”). Alcuni di questi isotopi radioattivi, come 238U, 235U, 232Th e 40K, hanno vita media molto lunga, paragonabile all’età del sistema solare (circa 4.5 miliardi di anni), per cui nelle matrici delle rocce terrestri è presente un’abbondanza di questi elementi diversa da zero. Tutti questi radionuclidi producono una radiazione di fondo g le cui componenti possono essere riconosciute utilizzando un rivelatore di fotoni ad alta risoluzione. Sottoponendo alla stessa tecnica un campione di roccia si può eseguire su di esso un’analisi quantitativa, previa misura dell’efficienza di rivelazione per la data tipologia di campioni..

Abbondanza relativa degli elementi nel sistema solare In figura sono mostrate le abbondanze relative di tutti gli elementi chimici al momento della formazione della terra. Inoltre, sono indicati i siti astrofici dove i gruppi di elementi considerati sono maggiormente prodotti.

Spettroscopia gamma Fig. 2 Fig. 1 Fig. 3 Fig. 4 La spettroscopia gamma è lo strumento più adatto a studiare le proprietà dei nuclei radioattivitvi e più, in generale, dei nuclei eccitati, per determinarne lo schema di decadimento e guadagnare informazioni sulle proprietà dei nuclei. Nella prova di laboratorio utilizzeremo un rivelatore al germanio iperpuro (HP-Ge) fig. 1, accoppiato ad una catena elettronica standard per spettrometria gamma: alimentatore, pre-amplificatore, amplificartore spettroscopico e multicanale per acquisire gi spettri (HV, PA, SA, MCA) fig 2 e 3. Ci proponiamo di misurare la radizione di fondo rivelabile per mezzo del HpGe e quella emessa da diversi campioni di roccia, per caratterizzarne le caratteristiche peculiari. Per misurare la debole radiazione emessa dai nostri campioni di roccia utilizzeremo uno schermo passivo di piombo fig. 4. Fig. 2 Fig. 1 Fig. 3 Fig. 4

Catena elettronica HV PA and SA MCA Computer

Esempio di spettro di fondo 208Tl 40K 214Pb 214Bi 232Th 214Bi

Conoscenze necessarie Fisica metodi di rivelazione di radiazione di bassa intensità; schemi di livelli nucleari. Tecniche di misura tecniche spetroscopiche; risoluzione ed efficienza di un rivelatore; proprietà di un rivelatore al germanio; calibrazione energetica di spettri gamma. Tecniche di analisi Metodo dei minimi quadrati; Fit di picchi; Determinazione e sottrazione del fondo. Referenze bibliografiche Knoll H.G. : Radiation Detection and Measurements, John Wiley & Sons, New York 1989; Lilley J. : Nucear Physics, principles and applications, John Wiley & Sons, 2001