I.T.I.S. H. HERTZ
V Fase
Binelli Marco
Guardini Gaia
Mattei Marco
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)
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Isotopi radioattivi
Produzione RX caratteristici
Tubo RX
Produzione RX caratteristici
Produzione radiazioni di frenamento
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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.
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( Bremsstrahlung )
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.
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Spettro bianco tubo RX di
Mo
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L’ interazione fra la radiazione e la materia provoca i seguenti
fenomeni:
 Assorbimento: Effetto fotoelettrico
Diffusione : Anelastica ( Compton )
Elastica (Rayleigh Thomson)
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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.
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(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.
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(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 .
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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:
I x   I 0e
 mx
Dove:
m(r,Z,E0) = coefficiente di attenuazione lineare
I(x) = intensità del fascio attenuato
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collimatore
x
collimatore
sorgente
rivelatore
campione
x è la sezione del campione attraversato dal fascio ┴ al bersaglio
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m
1
 I0 

ln  
r rx  I 
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:
m
m
 i wi  
r
 r i
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Descrizione esperimento
 Sorgente
Campione
Amplificatore
Multicanale
Rivelatore RX
Computer con software Amptek
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La sorgente comprende elementi (Cu, Ag, Ba, Mo, Rb, Tb ,) attivati dai raggi gamma
(Rg emessi dal radioisotopo Americio 241 (241 Am).
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241
95
Am-241 decade α trasmutandosi in
Neptunio (Np-237 )

4
Am 
 237
93 Np  2 He
Il nucleo di Neptunio metastabile si
diseccita emettendo raggi gamma.
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XR-100CR
(rivelatore)
segnale
MCA
(analizzatore
multicanale)
PU gate
Dati digitali
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Alimentatore ed
Amplificatore
del segnale
I campioni analizzati sono:
Campione puro di Rodio;
 Campione lega di Alluminio e Manganese.
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1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
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.
I0
campione
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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
m 1
   
 r  rx
  I0

 I0
2
 I 
   
  I 
2
•Non statistico
m m
 r x 

    
 
x 
 r   r  sperim r
•Totale ( somma tra E statistico ed E non statistico)
m
m
m
         
r
r
r
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Campione: Rh
Spessore: 50 micron
Densità: 12.41 g/cm3
m/r
m/r
Io/Io
I
KeV
Io
I/I
conteggi
%
conteggi
%
Misurato
cm2g-1
Cu
8.04
19271
0.74
0
/
/
/
/
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
0.7
11.4
Sorgente
Energia
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m/r)
Teorico
cm2g-1
LEGENDA
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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:
Sorgente
m/r
m/r
%
Misurato
cm2g-1
Etotm/
r)
Teorico
cm2g-1
Io
Io/Io
I
I/I
conteggi
%
conteggi
• 2.699 g/cm3 (Al)
• 7.44 g/cm3 (Mn)
Rb
50274
0.39
33181
0,51
14.2
0.4
13.67
Densita totale :
Mo
99673
0.32
82374
0,35
6.5
0.2
6.26
• 2.94 g/cm3
Ag
96429
0.33
87477
0,34
3.3
0.2
3.12
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LEGENDA
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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.
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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.
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