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:
F  qv  B
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 im e poi tornando indietro,
ripassando per
i=0, e raggiungendo il valore massimo
(negativo) di corrente –im. 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
Misura della curva di magnetizzazione completa
del dipolo nei punti indicati
• 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.
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 :
F  q E
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.
ATTIVITÁ II
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 48Ca di energia Elab= 194.0
MeV incidente su un bersaglio di 154Sm.
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 48Ca+154Sm
vale T = 0.65 ± 0.06.