Stage presso i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN 1-19 Luglio 2002 di Francesca Lobascio IV liceo scientifico Scuola P.P.Rogazionisti

Misura dei campi elettromagnetici dello spettrometro Prisma e verifica del fenomeno di isteresi Nozioni teoriche: campo magnetico isteresi effetto Hall

Lo spettrometro magnetico

Campo magnetico si definisce tramite la forza F esercitata su una carica q in moto con velocità v. Tale forza, detta forza di Lorentz, è data da: dove B è il vettore detto campo magnetico. Nel caso di un campo magnetico generato da un filo percorso da una corrente i, vale la legge di Biot e Savart, in base alla quale il campo magnetico B è direttamente proporzionale alla corrente i che l’ha generato.

Isteresi fenomeno per il quale un campo magnetico B, in certe condizioni, non è proporzionale alla corrente i. Inoltre, per un certo valore della corrente i, il campo magnetico B dipende dal modo in cui questa corrente è stata raggiunta. In pratica, vi è un campo magnetico residuo diverso da zero anche in assenza di corrente (i = 0 ), e il valore di questo campo magnetico residuo dipende anche dal fatto che la corrente nulla sia stata raggiunta per valori decrescenti di i (partendo da correnti positive) oppure per valori crescenti di i (partendo da valori negativi di i).

Ciclo di isteresi Per un certo magnete, si ottiene la cosiddetta curva di magnetizzazione misurando il valore di B per valori successivi crescenti di una corrente i a partire dal valore 0 fino a raggiungere il valore massimo i m e poi tornando indietro, ripassando per i=0, e raggiungendo il valore massimo (negativo) di corrente –i m. In questo modo si effettua un ciclo di isteresi e il magnete viene ricondotto alle condizioni iniziali.

Effetto Hall in un conduttore posto in un campo magnetico B perpendicolare al flusso della corrente elettrica i, si sviluppa una differenza di potenziale in direzione perpendicolare a B ed i. Tale differenza di potenziale deriva dal fatto che le cariche libere sono deviate verso un lato del conduttore e si accumulano su di una faccia del campione fino a che il campo elettrico ad esse associato è sufficientemente grande da opporsi alla forza del campo magnetico. La differenza di potenziale tra i lati del campione (tensione di Hall) è quindi dipendente dall’intensità del campo magnetico in cui è immerso il conduttore. La misura dell’intensità del campo magnetico B viene pertanto ricondotta alla misura della tensione di Hall.

ATTIVITÀ I installazione delle 5 sonde di Hall (4 fisse ed 1 portatile). attivazione dei circuiti di raffreddamento del dipolo e del generatore di corrente. attivazione dei campi magnetici. inizio della raccolta dei dati: data una certa corrente i valori del campo magnetico variano. raggiunto il valore massimo (640 A), riduzione della corrente, a intervalli regolari, fino al valore zero. inversione della polarità dell’alimentatore misurazione dei campi magnetici con valori negativi di corrente. ritorno a una corrente pari a zero. Misura della curva di magnetizzazione completa del dipolo nei punti indicati

 Fig. Fig.: variazione del campo magnetico B (Gauss) in funzione della corrente I (Ampere) nei 5 punti di misura. Le rette che uniscono i punti sono il risultato di una regressione lineare; sono riportate le equazioni delle rette e i corrispondenti coefficienti R di correlazione lineare.

Misura della trasmissione del deflettore elettrostatico MAIALE Nozioni teoriche: campo elettrico deflettore elettrostatico

Campo elettrico è definito come la forza elettrica posseduta da una carica unitaria posta in un certo punto dello spazio. La forza F che il campo elettrico E esercita su q è : Deflettore elettrostatico è un apparato sperimentale che, utilizzando una serie di campi elettrici, deflette le particelle in funzione della loro energia e della loro carica.

Misura della trasmissione del deflettore elettrostatico Maiale obiettivo: misurare il coefficiente di trasmissione del deflettore. con un un rivelatore al silicio misurare l’energia delle particelle. con un rivelatore a Micro Channel Plates ed il silicio misurare il tempo di volo delle particelle. acquisite le misure dell’energia e del tempo di volo è possibile separare i residui della fusione dalle particelle incidenti del fascio che riescono comunque ad arrivare in fondo al deflettore. Per la misura della trasmissione del deflettore elettrostatico è stato utilizzato un fascio di ioni di 48 Ca di energia E lab = MeV incidente su un bersaglio di 154 Sm. ATTIVITÁ II

OSSERVAZIONI DIPOLO MAGNETICO Il fenomeno di isteresi per il dipolo di Prisma è del tutto trascurabile (il campo magnetico residuo per i = 0 è molto piccolo). La relazione tra il campo magnetico B e la corrente i è perfettamente lineare. Effettuando misure ripetute in condizioni analoghe abbiamo verificato che i dati sono riproducibili. DEFLETTORE ELETTROSTATICO Dal rapporto tra i residui della fusione rivelati in presenza ed in assenza di campi elettrici, è stato possibile ricavare il cosiddetto coefficiente di trasmissione, che per la reazione nucleare 48 Ca+ 154 Sm vale T = 0.65 ± 0.06.