Misura di raggi cosmici
mediante contatori Geiger
Apparato sperimentale:
Due contatori Geiger
Sistema di acquisizione dati PASCO
Circuito logico OR
Circuito logico AND (di coincidenza)
Eventuali sorgenti radioattive
Un contatore Geiger è sensibile alla
radiazione cosmica secondaria a livello del
mare (elettroni e muoni), con efficienza
prossima al 100%.
Un contatore di piccole dimensioni, quali
quelli adoperati in laboratorio, hanno rate di
conteggio per i cosmici di circa 0.3 Hz.
Attività sperimentale
1. Studio della distribuzione del numero di conteggi
Effettuando con un solo contatore Geiger una serie
di misure di cosmici per brevi intervalli di tempo (ad
es. 5-10 s) si può studiare la distribuzione delle
misure e confrontarla con la distribuzione attesa di
Poisson (per valori piccoli della media) o di Gauss
(per valori più grandi)
Distribuzione
di Poisson
Distribuzione di Gauss
Il Geiger è sensibile
indirettamente anche ai gamma,
che producono elettroni nel
materiale che circonda il
contatore
Distribuzione delle ,misure
ottenute con una sorgente di 60Co,
confrontate con la distribuzione di
Gauss
2. Utilizzo di un circuito OR
Tavola di verità OR
Un circuito OR consente di mescolare
due o più segnali, ottenendo un segnale
all’uscita quando almeno un segnale è
presente ad uno degli ingressi
Ingressi
OUT
In#1
In#2
OUT
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
Utilizzando un circuito OR e due contatori
Geiger, effettuare delle misure di conteggi,
verificando che il rate di conteggio misurato
sia pari alla somma dei singoli rate dei
contatori.
Misure di cosmici in coincidenza
Quando 2 rivelatori segnalano il
passaggio di una particella
simultaneamente (entro una certa
finestra temporale), può trattarsi di un
evento casuale o di un vero e proprio
processo fisico.
Esempio di un evento vero di
coincidenza: la stessa particella
passa per entrambi i contatori
Esempio di una coincidenza casuale
tra 2 particelle che attraversano i
due contatori entro lo stesso
intervallo temporale
Tavola di verità AND
In#1
Un circuito AND di coincidenza produce un
segnale quando è presente un segnale ad
entrambi gli ingressi.
IN#1
Stima del rate di
coincidenze casuali
IN#2
OUT
In#2
OUT
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
Durata ~100 μs
3. Utilizzo di un circuito di coincidenza per
misure di cosmici tramite contatori Geiger in
configurazione telescopica
AND
Con i 2 rivelatori piazzati circa
verticalmente l’uno sull’altro, si possono
misurare i muoni cosmici che attraversano
entrambi i contatori, definendo
grossolanamente la direzione di provenienza.
La distanza relativa e le dimensioni dei
contatori definiscono il cono angolare entro
cui i muoni sono rivelati.
Distanze maggiori: migliore precisione, ma
minor tasso di conteggio
Posizionando i 2 contatori ad un certo angolo
rispetto alla verticale, si può misurare
grossolanamente la distribuzione angolare
dei muoni cosmici secondari, che segue una
legge del tipo cos2 θ
Una misura dettagliata della distribuzione
angolare dei cosmici, ottenuta con 2
contatori Geiger
Riv.1
4. Utilizzo di un circuito di coincidenza per
misure di sciami atmosferici estesi (2
rivelatori sullo stesso piano orizzontale, ad
una certa distanza relativa).
Riv.2
AND
Queste misure sono molto lunghe, perché il tasso di
coincidenze è molto basso, anche a distanze relative di pochi
centimetri) e il numero di coincidenze vere è prossimo a
quello delle coincidenze spurie (che vanno stimate e
sottratte).
Esempi di misure di coincidenza tra 2
rivelatori al variare della distanza relativa
Aspetti sperimentali:
Studio del fondo dovuto alle coincidenze casuali
Valutazione delle indeterminazioni geometriche
Indeterminazione angolare nella configurazione telescopica
Valutazione delle distanze effettive tra 2 contatori non puntiformi
Rif.: Physics Education 41(2006)204