SPETTROMETRIA : MESSA IN FUNZIONE DI UNA CATENA DI ACQUISIZIONE CON RIVELATORI DI NaI(Tl)

1. SPETTROMETRIA : MESSA IN FUNZIONE DI UNA CATENA DI ACQUISIZIONE CON RIVELATORI DI NaI(Tl)

2. SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DI MISURA RivelatoreNaI(Tl) Fotocatodo Alta tensione Fotomoltiplicatore Dinodo Amplificatore ADC MCA

3. INTERAZIONE FOTONE/MATERIA EFFETTO FOTOELETTRICO EFFETTO COMPTON PRODUZIONE DI COPPIE I fotoni non interagiscono direttamente con la materia. La radiazione fotonica, quando la attraversa, rilascia la sua energia attraverso tre effetti: Permette la trasmissione dell’energia del fotone alla materia. Il fotone interagisce con un elettrone che si trova negli orbitali più interni dell’atomo. L’elettrone acquista energia e sale di livello; se gli viene somministrata un’energia sufficiente a farlo fuggire dall’atomo, avverrà l’effetto fotoelettrico. L’effetto Compton è una particolare interazione tra un fotone ed un elettrone libero (poco legato). Quando il fotone colpisce l’elettrone, varia la sua traiettoria e la sua lunghezza d’onda. L’energia del fotone secondario e dell’elettrone varierà in funzione dell’angolo di emissione. Può accadere che un fotone interagisca con i campi elettrici della materia con cui viene a contatto, producendo un elettrone ed un positrone. L’energia minima che deve avere il fotone per dar luogo a questo effetto, dovrà essere di 1022 keV.

4. SPETTRI ACQUISITI Mn-54 Cs-137 Co-60 Am-241 Spalla Compton Fotopicchi x=ch y=conteggi

5. TARATURA E f(Ch) E = k*Ch+b Per poter effettuare la calibrazione del rivelatore occorre calcolare un coefficiente che permetta di determinare la relazione che intercorre tra il numero del canale e l’energia del fotone. Nell’ipotesi che tutti i fenomeni siano lineari, la relazione tra l’energia e il numero del canale sarà una retta. I canali inseriti nel grafico sono quelli relativi ai fotopicchi di alcune sostanze note: Am-241, Cs-137, Co-60. I valori sull’asse delle x sono stati inseriti facendo la media aritmetica dei canali prossimi al conteggio massimo. L’energia di ogni fotopicco è nota in quanto è un valore caratteristico di ogni radionuclide. Dopo l’individuazione dei punti, si è considerato un errore di 0.5 canali per ogni misura; si è infine tracciata la retta di cui si è calcolata la pendenza fra due punti. K = 8,16 keV/Ch b = -10 keV La relazione tra energia e canale è L’errore percentuale medio sul calcolo dell’energia è del 2% Si è così verificata una buona relazione tra l’ipotesi e le misure sperimentali effettuate.

6. CURVA DI EFFICIENZA conteggi al secondog emessi al secondo e = L’errore percentuale massimo sul calcolo dell’efficienza è del 7% L’efficienza intrinseca di picco è definita come il rapporto tra i fotoni misurati per secondo dal rivelatore ed i fotoni totali emessi dalla sorgente La curva dell’efficienza in funzione dell’energia nell’intervallo da noi considerato è quella riportata in figura

7. FWHM f(E) FWHM H R= FWHM La FWHM (Full Width Half Maximum) rappresenta l’intera larghezza del fotopicco a metà altezza ed è correlata con la risoluzione del sistema. H Andamento della risoluzione in funzione dell’energia L’errore percentuale massimo sul calcolo della FWHM è minore del 10%

8. SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DI MISURA DALLO IODURO AL GERMANIO… RivelatoreGe (HPGe) Alta tensione Preamplificatore Amplificatore ADC MCA

9. FWHM  1N FWHMGe < FWHMNaI NGe > NNaI PERCHE’ IN SPETTROMETRIA  SI USANO RIVELATORI AL Ge? Banda di conduzione Banda di conduzione E > 1 eV E > 5 eV Banda di valenza Banda di valenza Semiconduttori(Ge) Isolanti(NaI) N = numero medio di particelle cariche (elettroni) per ogni interazione

10. CARATTERISTICHE DEL Ge(HPGe) Tabella dell’efficienza Energy Effic. Fit Delta --------------------------------------------------- 0.00 ========== Knee =========== 25.81 0.058500 0.061558 -5.23% 59.30 0.061970 0.059269 4.36% 121.38 0.052830 0.047465 10.15% 244.51 0.030263 0.032248 -6.56% 344.10 0.024433 0.025130 -2.85% 344.79 0.025090 0.025090 -0.00% 778.71 0.011259 0.011779 -4.62% 832.14 0.010965 0.010965 0.00% 963.93 0.008676 0.009307 -7.27% 1111.99 0.008028 0.007880 1.84% 1408.30 0.006435 0.005894 8.40% 1434.10 0.005759 0.005759 0.00% 2615.18 0.002516 0.002516 -0.00% Energia= -0.1120 +0.174590 Ch -6.0214*10-10Ch2 FWHM = 4.5103 +0.001259 Ch -4.49739*10-8Ch2

11. CONFRONTO SPETTRI DELL’EUROPIO-152 Ge (HPGe) NaI(Tl) Eff.(661 keV) = 0,041Risoluzione = 8,16 keV/Ch Eff.(661 keV) = 0,011Risoluzione = 0,17 keV/Ch N.B. Gli errori sono quelli riportati nelle tabelle precedenti

12. ANALISI DEI DATI Campione di terra del bosco dei Monti Lepini Dal momento che il tempo di dimezzamento del Cs-137 è di circa 30 anni è ragionevole pensare che questo radionuclide risalga a Chernobyl. Tempo di campionamento: 96709 s Lo scopo finale dell’esperienza è quello di analizzare gli spettri di radionuclidi presenti nelle matrici ambientali.

13. Bosco Andrea I.T.I.S. “H. Hertz” Roma Natale Francesco I.T.I.S “E. Fermi” Frascati Perotti Roberto I.T.I.S “S. Cannizzaro” Colleferro Pirrò Stefano I.T.I.S “E. Fermi” Frascati Rega Martina L.S. “B.Touschek” Grottaferrata