Spettrometria alfa e studio della
perdita di energia con rivelatori
al silicio
Apparato sperimentale:
Sorgenti alfa
Serie di assorbitori di vari spessori
Rivelatore al silicio
Cameretta da vuoto e sistema di pompaggio
Elettronica e sistema di acquisizione dati
I nuclei radioattivi alfa
(tipicamente nuclei pesanti)
possono decadere particelle
alfa con energie dell’ordine di
alcuni MeV, con spettri a righe,
corrispondenti ai livelli coinvolti
dei nuclei residui.
Un esempio di schema di
decadimento dell’234U e il
corrispondente spettro in
energia
Per rivelare particelle alfa con buona
risoluzione energetica si possono
adoperare rivelatori al silicio.
Lo spessore del rivelatore va scelto in
relazione all’energia delle particelle
da rivelare.
Ad esempio, alfa da 5
MeV hanno un range in
Silicio di circa 25
micron.
Attività sperimentali
1. Misura dello spettro alfa e calibrazione
in energia
Adoperando una sorgente “mixed”
(presenza di diversi isotopi noti)
misurare lo spettro in energia delle
particella alfa emesse ed effettuare
una calibrazione in energia dello
spettro
Aspetti da considerare:
- Tempo di misura
Isotopo
Energia
(MeV)
Np-237
4.640
6,2
4.766
8
4.772
25
4.788
47
5.388
1,4
5.443
12,8
5.486
85,2
5.763
23,3
5.805
76,7
Am-241
- Identificazione picchi principali e
picchi satelliti
Cm-244
Intensità (%)
Un esempio di spettro alfa misurato con la sorgente
“mixed” e un rivelatore al silicio
Un altro esempio di spettro alfa misurato con la
sorgente “mixed”: presenza del fondo all’inizio dello
spettro
Esempio di retta di calibrazione
Calibrazione effettuata mediante impulsatore
L’utilizzo di un impulsatore consente di verificare la
linearità della risposta dell’elettronica
2. Valutazione della risoluzione
Valutare dallo spettro in energia la larghezza a metà
altezza di ciascun picco e stimare la risoluzione in
energia (in percentuale e in valore assoluto).
Metodi possibili:
- Valutazione grafica
della larghezza
- Fit gaussiano del
picco
Analisi della forma di un picco
3. Valutazione dell’energia di una sorgente incognita
In base alla taratura effettuata con una sorgente
“mixed”, valutare l’energia delle alfa emesse da una
sorgente incognita.
4. Valutazione dell’attività della sorgente
Valutare l’attività della sorgente, in base alla
distanza d tra sorgente e rivelatore e le
dimensioni del rivelatore (raggio R).
Nell’ipotesi di sorgente puntiforme:
A = Rate misurato x (4 π d2 ) / (π R2 )
Se sorgente e rivelatore non sono
puntiformi, l’angolo solido può essere
valutato con metodi di simulazione
Sorgente
Rivelatore
5. Studio della perdita di energia e degli effetti di
straggling
Adoperando diversi assorbitori (ad esempio alcuni
micron di Mylar), misurare lo spostamento dei picchi in
energia e confrontarlo con la perdita di energia
valutabile dalla formula di Bethe-Bloch.
Aspetti da considerare:
-Perdita di energia in un composto
-Effetti di straggling (allargamento dei picchi)
Un’analisi dei picchi da sorgente alfa “mixed” con diversi
spessori di assorbitori
Un altro esempio di analisi dei dati di perdita di energia
E ancora un altro…