Modulo n. 5 -STAGE AI LNL Estate 2010STUDIO E MESSA A PUNTO DI RIVELATORI A SCINTILLAZIONE PER LA
DIAGNOSTICA MEDICA, MONITORAGGIO DI RADIAZIONI E LA
RIVELAZIONE NELLA FISICA NUCLEARE
CARATTERIZZAZIONE DEI CAMPIONI
A CURA DI
Studenti:
ELISA GALLO –ISS “I.Newton” di Camposampiero (PD)
MICHELE GAZZEA –Liceo Scientifico “A.Cornaro” (PD)
MATTEO POLLIS-ITIS “F.Severi” (PD)
ARGOMENTI TRATTATI
Rivelatori a scintillazione
Scintillatori
Fotomoltiplicatori
Raggi g e particelle a
La nostra esperienza
OBIETTIVI
PROCEDIMENTO
RISULTATI E OSSERVAZIONI
RIVELATORI A SCINTILLAZIONE
I rivelatori a scintillazione sono strumenti utilizzati per misurare radiazioni
cariche e neutre.
I loro campi di applicazione vanno dagli esperimenti di fisica nucleare alla
medicina, al monitoraggio di ambienti ad alto flusso di particelle.
I componenti essenziali sono:
- uno scintillatore
- un fotorivelatore
SCINTILLATORE
Lo scintillatore è un materiale
in grado, una volta investito da
radiazioni, di emettere fotoni
nel campo del visibile.
In molti casi vengono “drogati”
con
particolari
sostanze
chimiche
in
modo
da
modificare la lunghezza d’onda
della luce emessa per meglio
adattarla alla sensibilità del
fotomoltiplicatore.
In altri casi si aggiungono
particolari
elementi
per
favorire l’interazione di alcune
particelle (es. I neutroni).
IL FOTOMOLTIPLICATORE
Come fotorivelatore usiamo un
fotomoltiplicatore che è uno
strumento capace di convertire i
fotoni emessi dallo scintillatore in
impulsi elettrici.
FOTOCATODO
DINODI
ANODO
LA NOSTRA ESPERIENZA
OBIETTIVI:
•
Cercare di capire quale scintillatore
maggiore e la risoluzione migliore.
ha
la
RESA
di
luce
•
Verificare il comportamento dei vari scintillatori quando sono investiti
da radiazioni a e g.
•
Confrontare i valori ottenuti con quelli del mese precedente e
osservare il possibile invecchiamento degli scintillatori.
INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA
RAGGI g : - In aria si propagano per lunghe distanze;
- Nel nostro caso abbiamo usato come sorgente il 60Co (Eγ≈ 1.2 MeV);
- Interagiscono con lo scintillatore mediante l’Effetto Compton.
RAGGI a:
- Nel nostro caso abbiamo usato l’ 241Am (Eα ≈ 5.4 MeV);
- In aria si propagano per pochi centimetri, nello scintillatore per
poche decine di μm;
-Interagiscono con lo scintillatore ionizzandolo;
MATERIALI E PROCEDIMENTO
Posizionare un campione da
analizzare sul fotomoltiplicatore e
fissarlo con un nastro di teflon,
materiale molto elastico ma non
adesivo. Ricoprire inoltre con un
velo di mylar, pellicola molto
sottile e argentata che impedisce
la dispersione dei raggi. Infine
avvolgere nuovamente con un
altro nastro di teflon. Inserire il
tutto dentro una scatola metallica
e posizionare la sorgente molto
vicina se usiamo raggi a o a
qualche centimetro se usiamo
raggi g; chiudere la scatola in
modo da evitare ogni entrata di
luce.
Per concludere, collegare i
cavi del fotomoltiplicatore al
generatore e applicare la
tensione opportuna per
ottenere un buon rapporto
segnale/rumore. Collegare il
segnale di uscita del PM
all’amplificatore e da qui alla
scheda di acquisizione.
RISULTATI SPERIMENTALI
Spettri con sorgente γ
Picco Compton
Punto in cui si
ha il massimo
trasferimento di
energia nel caso
di materiali
organici (circa il
95% dell’energia
iniziale).
Spettri con sorgente a
EJ212
RISULTATI
Americio
Mese scorso
Percentuale mese
scorso
Percentuale oggi
Oggi
Posizione
FWHM
(Full Width Half
Maximum )
Posizione
FWHM
(Full Width Half
Maximum )
EJ212 (senza Boro)
2142
332
1583
256
100
100
EJ254 (5% Boro)
1437
291
967
218
67,1
61,1
1061
285
522
162
49,5
33,0
907
248
457
103
42,3
28,9
1026
269
435
124
47,9
27,5
708
194
736
180
33,1
46,5
727
198
730
205
33,9
46,1
1223
316
691
199
57,1
43,7
1169
300
669
215
54,6
42,3
Campione
24-05-10_01 (4%
Boro)
24-05-10_02 (5%
Boro)
24-05-10_03 (6%
Boro)
12-05-10_01
(PPO=1.5%
LV=0.01%)
12-05-10_02
(PPO=1% LV=0.01%)
16-05-10_01
(PPO=1% LV=0.02%)
16-05-10_02
(PPO=1% LV0.03%)
RISULTATI
Cobalto
Mese scorso
Percentuale mese
scorso
Percentuale oggi
Oggi
Campione
Posizione
End Point
Posizione
End Point
EJ212 (senza Boro)
3733
4563
3331
4041
100,0
100,0
EJ254 (5% Boro)
2895
3636
2135
2779
79,7
68,8
2613
3464
1206
1877
75,9
46,4
2290
3243
1375
1833
71,1
45,4
2523
3685
1065
1549
80,8
38,3
2087
2918
1751
2426
63,9
60,0
1991
2816
1556
2340
61,7
57,9
2832
4059
1550
2314
89,0
57,3
2938
3973
1890
2268
87,1
56,1
24-05-10_01 (4%
Boro)
24-05-10_02 (5%
Boro)
24-05-10_03 (6%
Boro)
12-05-10_01
(PPO=1.5%
LV=0.01%)
12-05-10_02
(PPO=1%
LV=0.01%)
16-05-10_01
(PPO=1%
LV=0.02%)
16-05-10_02
(PPO=1% LV0.03%)
ANDAMENTO DELLE RESE DI LUCE CON I RAGGI g
2500
LV
2000
1500
Serie 16-06-10 LV
Resa di luce
serie 16-06-10 LB
1000
Serie 17-06-10 LV
Serie 17-06-10 LB
500
0
0
0.005
0.01
0.015
0.02
% drogaggio
0.025
0.03
0.035
LB
Da questo grafico è possibile vedere come il drogaggio vari la resa di luce.
Ad esempio negli scintillatori con Lumugen Violet l’efficienza luminosa è
maggiore e aumenta all’aumentare della concentrazione.
Con l’utilizzo del Lumugen Blue la resa è più bassa e diminuisce aumentando
la concentrazione.
ANDAMENTO DELLE RESE DI LUCE CON I RAGGI a
900
Concentrazione LB Serie 16-06-10
Concentrazione LV
Serie 17-06-10
Concentrazione LB
Serie 17-06-10
800
700
600
500
Resa di luce
400
300
200
100
0
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
% drogaggio
Anche utilizzando come sorgente l’ 241Americio, è evidente come il LV abbia, comunque,
una resa maggiore rispetto al LB.
120
80
Andamento giugno
60
Andamento Maggio
Sorgente: 60Co
40
20
0
0
1
2
3
% Boro
4
5
6
7
120
Andamento Giugno
Andamento Maggio
100
Sorgente:241Am
Resa relativa
Resa relativa
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
% Boro
5
6
7
GRAZIE PER L’ATTENZIONE...