con questo messaggio vi invio il testo del terzo ed ultimo compito.
Prima però alcune delucidazione sulla seconda esperienza.
1. Seconda Esperienza
1.1 Sorgente incognita
La sorgente incognita è 232Th.
Nello spettro sono presenti le righe gamma del 228Ac (Attinio), ma non può essere lui il capostipite vista la sua breve emivita (6.1 ore).
E' necessario dunque risalire ancora la catena
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/Decay_Chain_Thorium.svg/800px-Decay_Chain_Thorium.svg.png
Sopra troviamo il 228Ra (Radio) e 232Th ed entrambi hanno un emivita sufficiente per realizzare una sorgente, solo che una sorgente di solo 228Ra è un poco più complessa da realizzare rispetto a quella di 232Th.1.2 Picco a 2505 keVE' il picco somma dei gamma emessi (1173 keV +1332 keV) in seguito al decadimento del Cobalto-60.Il Co60 decade in Ni60 (Nichel) il quale risulta in uno stato doppiamente eccitato e, per arrivare allo stato fondamentale, deve passare per lo stato una-volta-eccitato con l'emissione totale di due gamma.Questi due gamma sono emessi con una differenza temporale dell'ordine dei pico secondi quindi, considerando che il tempo di risposta di un Germanio e della sua catena di lettura è dell'ordine dei micro secondi, idealmente dovremmo sempre vedere i due eventi in coincidenza.
In realtà questo accadrebbe solo nel caso di un rivelatore con efficienza 1. Avendo invece un rivelatore con un efficienza dell'ordine di 0.2-0.3 si misurano per lo più i due picchi sperati e, con bassa probabilità, il picco somma.
Ovviamente la probabilità di misurare i due gamma in coincidenza dipende anche dal rate della sorgente. Più il rate è alto è più la probabilità di avere gli eventi in coincidenza cresce.
2. Terza EsperienzaNell'esperienza precedente vi siete occupati della caratterizzazione e calibrazione di un rivelatore al germanio per radiazione gamma.
Ora lo stesso rivelatore viene utilizzato per studiare l'interazione della radiazione con la materia.2.1 Introduzione al compito
Lo scopo è quello di indagare come la radiazione, gamma in questo caso, venga attenuata nel passaggio attraverso materiali differenti.
- Crate NIM per l'alimentazione dei moduli di elettronica standard;
- Rivelatore coassiale HPGe (Ortec Coaxial HPGe Detector GEM20P)
- Generatore HV Laben Model 8124 per generare la tensione di polarizzazione per il rivelatore (per alimentare il pre-amplificatore);
- Amplificatore CAEN Model N968 per amplificare e formare il segnale;
- ADC/MCA CAEN Model N957 per digitalizzare il segnale;
- Sorgenti di calibrazione: 22Na, 60Co, 228Th
- Becker graduato utilizzato per contenere acqua
- Dischi di Rame e Piombo di spessore 1 mm
2.3 Misure effettuate
La sorgente di radiazione viene tenuta ad una distanza fissata sopra il rivelatore e tra i due viene interposto un materiale del quale è possibile cambiare lo spessore.
Le sorgenti utilizzate sono le solite: 22Na, 60Co e 228Th, mentre i materiali sono: Acqua, Rame e Piombo
Lo spessore dell'acqua è fatto variare riempiendo un becker graduato posto sopra il rivelatore con diametro pari a quest'ultimo.
Gli spessori (altezza di acqua nel becker) utilizzati sono: 4, 8, 12, 16 e 20 cm.
Lo spessore di Rame e Piombo è fatto variare impilando dischetti di diametro pari al rivelatore e posti sopra di questo.
Gli spessori utilizzati sono: 1, 2, 3, 4 e 5 mm
Come spiegato nelle lezioni introduttive, e come illustrato nei primi capitili dello Knoll, l’attenuazione dei raggi gamma che raggiungono il rivelatore dipende sia dall'energia del raggio incidente che dalle proprietà del materiale interposto tra la sorgente e il rivelatore, come la sua densità ρ e il suo numero atomico Z.
A questo link trovate la directory con gli spettri acquisiti: https://bit.ly/2ymJy8r, dove sono presenti tre sotto-directories, una per materiale.
All'interno di ognuna di queste trovate i vari spettri dove il nome del file indicata la sorgente utilizzata, il materiale è lo spessore.
Come nella precedente esperienza i dati all'interno di ogni file non rappresentano i campionamenti temporali ma una distribuzione espressa in canali. Avete infatti 8192 righe ognuna delle quali rappresenta il conteggio per il relativo canale (riga 0 ↔ Canale 0, riga 4000 ↔ canale 4000, etc)
I tempi di misura sono i seguenti: 2 minuti per Cu e Pb e 6 minuti per H2O.
Le attività delle sorgenti utilizzate valutate data 30/10/2019 erano pari a:
22Na 1.53535 Bq
60Co 1.973e5 Bq
232Th 9.663e3 Bq
Le misure sono stata eseguite durante il mese di Novembre 2019
2.4 Analisi dei dati
Per ogni materiale (Cu, Pb e H2O) si deve quindi:
- Osservare come varia il rate di eventi raccolti nell'HPGe in funzione dello spessore per ogni picco generato dalle tre sorgenti (228Th, 60Co e 22Na);
- Confrontare l'andamento ottenuto con quello previsto dalla teoria andando a estrapolare i coefficiente di assorbimento lineare (µ) alle varie energie. La teoria prevede un esponenziale decrescente ma potrebbe esserci un termine costante. Se presente va giustificato;
- Verificare la presenza di un picco energetico a 1460 keV, giustificarlo e studiare il suo rate in funzione dello spessore. Giustificare l'andamento ottenuto;
- Calcolare il coefficiente di attenuazione massico (µ/ρ) in funzione dell'energia, andandolo confrontare con con i valori attesi tabulati;
- Tenendo conto che la sezione d'urto è proporzionale a coefficiente di attenuazione massico, studiare come la questa, fissato il materiale (e quindi Z, numero atomico) dipenda dall'energia andando a determinare quale è il processo di interazione dominante tra assorbimento fotoelettrico, diffusione Compton e creazione di coppie, nel range di energie considerato.
- Studiare l'andamento della sezione d'urto in funzione del materiale (Z), andando a determinare quale sia il fenomeno di interazione dominante tra assorbimento fotoelettrico, diffusione Compton e creazione di coppie.
- Una breve parte introduttiva dove viene spiegata l'esperienza, compatibilmente con il fatto che non sia stata eseguita da voi in prima persona;
- Una breve descrizione dei dei concetti fisici che saranno studiati mediante l'esperienza
- Una parte di analisi dei dati ed estrapolazione dei parametri richiesti;
- Una parte di considerazioni sui dati ottenuti, andando giustificare quanto ottenuto o non ottenuto
- su quanto illustrato nelle lezioni introduttive;
- su i tre report consegnati, con anche la teoria trattata;
- su un rivelatore a vostra scelta tra quelli utilizzabili in laboratorio (Diodi al Germanio, Diodi di Silicio, Scintillatori, PMT e SiPM). In questo ultimo caso potrete aiutarvi con delle slides.