Presentazione esperimento

Spettrometria gamma e misura
del coefficiente di assorbimento
con scintillatori a NaI(Tl)
Apparato sperimentale:
Sorgenti gamma 137Cs,
60Co,
…
Serie di assorbitori di vari spessori
Rivelatore a scintillatore NaI(Tl) con fotomoltiplicatore
Elettronica e sistema di acquisizione dati
Diversi nuclei possono decadere gamma,
emettendo radiazione elettromagnetica
con energie dalle decine di keV ai MeV
Un esempio di schema di
decadimento del 137Cs
In un rivelatore capace di contenere
totalmente la radiazione e.m. che
incide su di esso, lo spettro in energia
atteso è costituito da un singolo picco
corrispondente all’energia della
radiazione incidente.
Rivelatore di
dimensioni
infinite
In un rivelatore di dimensioni finite,
parte dell’energia – sotto forma di
fotoni o elettroni – può sfuggire dal
volume sensibile. Lo spettro
dell’energia depositata assume una
forma complessa, a seconda
dell’energia incidente e del volume
sensibile del rivelatore.
Rivelatore di
dimensioni
finite
Picco di
backscattering
“Spalla”
Compton
Picco
“fotoelettrico”
La parte continua
dello spettro, alla
sinistra del picco
fotoelettrico, è
dovuto alla
incompleta
raccolta
dell’energia dello
sciame e.m.
Energia dei fotoni
diffusi per effetto
Compton
h  
Nel caso di
137Cs

h

1  h / m0 c 2 1  cos 
(E=662 keV)
Θ = 180° hν’ = 184 keV
(backscattering)
Ee= 662 keV – 184 keV = 478 keV (spalla Compton)
Attività sperimentale
1. Misura del coefficiente di guadagno del
fotomoltiplicatore
Usando la stessa sorgente (es. 137Cs) e lo stesso
guadagno elettronico, studiare come il guadagno
dipende dalla tensione di alimentazione del
fotomoltiplicatore.
Valutare il coefficiente di guadagno
ΔC/ (C ΔV)
misurando la posizione del picco fotoelettrico a varie
tensioni di alimentazione
2. Calibrazione in energia dello spettro
Usando diverse sorgenti gamma note, stabilire la
posizione del picco fotoelettrico per ciascuna di esse e
valutare una retta di calibrazione. Ad esempio:
Isotope
Activity
Half-Life
Peaks of interest  (MeV)
Sodium-22
1 Ci
2.6 y
0.511, 1.275
Cesium-137
1 Ci
30.2 y
0.662
Manganese- 54
1 Ci
313 d
0.835
Zinc-65
1 Ci
244 d
1.115
Cobalt-60
1 Ci
5.27 y
1.17, 1.33
3. Analisi dello spettro
Adoperando una o più sorgenti, studiare la forma dello
spettro (picco fotoelettrico, spalla Compton,..) in
relazione al fondo ottenuto anche in assenza di
sorgente.
Valutare la forma del picco fotoelettrico ed estrarre la
risoluzione energetica (larghezza a metà altezza del
picco)
Se il fondo non è trascurabile, effettuare una misura di
fondo e sottrarla, opportunamente normalizzata, dalla
misura in presenza di sorgente.
4. Stima dell’attività della sorgente
Adoperando una sorgente posta ad una distanza nota
dal rivelatore, stimare l’attività (N. di decadimenti/s),
tenendo conto dell’accettanza geometrica e
dell’efficienza di rivelazione:
A = R / (B ε εgeo)
R = Rate misurato (conteggi/s)
B = Branching Ratio
ε = Efficienza di rivelazione
εgeo = Accettanza geometrica
Esempio di calcolo di simulazione per la stima
dell’efficienza assoluta = (Accettanza geometrica) x
(Efficienza) a fotoni da 662 keV.
Rivelatore cilindrico di NaI(Tl) da 3” x 3”
5. Misura del coefficiente di assorbimento
Adoperando degli spessori di un dato materiale interposti tra
sorgente e rivelatore, si può determinare il coefficiente di
assorbimento per fotoni di quella data energia, usando una
legge di attenuazione di tipo esponenziale:
I = I0 e-μx
I0 = Rate misurato nel picco fotoelettrico (conteggi/s) in
assenza di assorbitori
I = Rate misurato con un dato spessore x
μ = Coefficiente di assorbimento (cm-1 se x in cm, oppure in
cm2/g se si usa la densità superficiale g/cm2 per lo spessore)
Valutare l’area del picco fotoelettrico, eventualmente tenendo
conto del fondo.