Sorgenti di radiazione - INFN Sezione di Padova · 2015. 10. 5. · - Le sorgenti mobili di...
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g
b
a a) Sorgenti radioattive (radioattivita’ a, b e g)
b) Raggi cosmici
c) Generatori raggi X
Sorgenti di radiazione per gli esperimenti del corso di laboratorio
Esperienze Sorgenti
Scattering Compton 22Na (241Am)
Raggi cosmici Raggi cosmici
Raggi X 241Am + X-ray generator
Radioattivita’ ambientale (Gamma)
22Na, 60Co, 152Eu, 241Am
Decadimento positronio
22Na
Imaging digitale 22Na
Timing rapido 22Na
a
b g
Caratteristiche generali delle sorgenti radioattive
Tempo di dimezzamento T1/2 Tipo di sorgente: aperta o sigillata Norme di utilizzo Conservazione
Sorgenti di radiazione ionizzante sono: Decadimento alfa ( a )
Decadimento beta ( b )
Decadimento gamma ( g )
Fissione spontanea Sorgenti di neutroni vedi Radiation detection and measurements
G.F. Knoll, Cap. I
a
b
g
Decadimenti alfa (a), beta (b) e gamma (g)
a
b
g
Nucleo come sorgente di radiazioni foglio di
carta sottili fogli di metallo
grandi spessori di metallo o calcestruzzo
in campi magnetici ed elettrici
Tutte le caratteristiche delle
radiazioni nucleari
su http://www.nndc.bnl.gov/
Carta dei nuclidi interattiva
60Co
Decadimento beta (b)
E’ il processo che tende ad ottimizzare il rapporto N/Z. Dovuto all’interazione debole che cambia un neutrone in protone (o viceversa) e crea una coppia leptone-antileptone (elettrone-antineutrino o positrone- neutrino) o trasforma un elettrone in un neutrino (cattura elettronica).
b
epn
b
enp
Z → Z + 1 Z → Z - 1
Il nucleo figlio puo’ essere popolato in uno stato eccitato che poi
decade emettendo radiazione gamma (g) → sorgenti gamma
nep
aelettroniccattura
60Co
Energy Intensity 347.1 0.0075 826.1 0.0076 1173.2 99.85 1332.5 99.98 2158.6 0.0012 2505.7 2·10 -6
Decadimento b-, il 60Co (Z=27) si trasforma in 60Ni (Z=28) ...ma in uno stato eccitato che decade con radiazione gamma
Sorgenti di radiazione gamma
Sorgente con un raggio gamma
(137Cs) b-
Sorgente con due raggi gamma
(60Co) b-
137Cs
60Co
T1/2 = 5.3 anni Al 99.9% viene popolato lo stato 4+ a 2.5 MeV Poi cascata gamma con due fotoni di 1.17 MeV e 1.33 MeV
4+
2+
0+
T1/2 = 30 anni Al 94.7% viene popolato lo stato 11/2- a 0.662 MeV Questo stato decade con un gamma di 662 keV al “ground state“.
11/2-
3/2+
g 662 keV
g 1.17 MeV
g 1.33 MeV
22Na
b
enp
Sorgente con tre raggi gamma (22Na)
b+
Il positrone si annichila producendo due gamma da 511 keV
Spettro g da un rivelatore NaI (Tl)
3+
2+
3-
T1/2 = 13 anni al 28% decade
b- nel 152Gd e al 72% decade per e.c. nel 152Sm
e.c. 72%
28%
b-
Sorgente a molti gamma
(152Eu) b- e b+
122 keV 344 keV
122 keV 344 keV
122 keV
Raggi gamma emessi dalla sorgente 152Eu e relative intensita’
Sorgenti gamma da decadimento alfa (241Am)
241Am
T1/2 = 432.2 anni
Il decadimento a va per l’ 86.0% allo stato a 59 keV che decade con un gamma di 59 keV
T1/2 = 432.2 anni
a
Uno spettro sperimentale: decadimento alfa del 239Pu
tre righe alfa: 5.157 MeV (69%) 5.144 MeV (20%) 5.105 MeV (11%)
g-decay
T1/2 = 2.4·104 anni
239Pu
235U
Sorgenti radioattive del Dipartimento di Fisica ed Astronomia Polo Didattico Attivita’ sorgenti sggiornata a Settembre 2015 www.dfa.unipd.it Servizi Servizi generali
Per l’esperimento sui raggi cosmici, le sorgenti di radiazione sono appunto i
Raggi cosmici
Sulla superficie della terra arrivano in continuazione muoni, elettroni, positroni, neutrini, antineutrini, gamma,....
generatore di raggi X
Per l’ esperimento con i raggi X e’ necessario utilizzare un
Tubi a vuoto per la produzione di raggi X
Tubi a raggi X comunemente usati nella radiologia medica o nelle radiografie industriali. Al loro interno, un fascio di elettroni ad alta energia colpisce un bersaglio fatto di atomi pesanti, ad esempio di tungsteno. I raggi X vengono prodotti grazie ai processi atomici indotti dagli elettroni negli atomi del bersaglio.
Spettro prodotto da un tubo a raggi X
Incident electron Ejected K-shell electron
characteristic X-Rays X-Rays from
Bremsstrahlung
Sorgente di raggi X a stato solido (utilizzata in laboratorio)
Un cristallo piroelettrico ha la proprieta’ di generare una differenza di potenziale quando e’ sottoposto a un ciclo termico. Puo’ quindi accelerare elettroni che a loro volta producono raggi X quando colpiscono il cristallo stesso oppure un bersaglio (Cu). Funziona per cicli termici di 2-5 minuti.
Ci sono due fasi: riscaldamento e raffreddamento a) Riscaldamento Nella fase di riscaldamento la superficie del cristallo e’ carica positivamente e gli elettroni del gas a bassa pressione vengono attratti e,colpendo il cristallo, producono raggi X caratteristici e di bremsstrahlung. b) Raffreddamento Nella fase di raffreddamento, la superficie e’ caricata negativamente e quindi gli elettroni sono accelerati verso il bersaglio di Cu posto a massa producendo quindi raggi X
Spettro durante il raffreddamento
Spettro durante il riscaldamento
8 keV
Cool-X X-ray generator 300 cicli di riscaldamento e raffreddamento sommati
cicli di riscaldamento e raffreddamento in funzione del tempo Flusso di raggi X in funzione dell’angolo
Un generatore di raggi X COOL-X e un rivelatore di raggi X in un esperimento di fluorescenza a raggi X (XRF)
Rivelatore
Generatore
L’ apparato per fluorescenza X presente in laboratorio
Norme di sicurezza in Laboratorio
Possibili rischi....e quindi cose da evitare
a) Uso di alimentatori di alta tensione (HV = High Voltage) Tutti gli alimentatori HV utilizzati in laboratorio sono gia’ predisposti per il funzionamento, i cavi HV gia’ collegati e non c’e’ la possibilita’ di toccare, anche solo per errore, componenti sotto tensione. Gli studenti non devono mai disconnettere i cavi HV.
b) Gas liquefatti Il rivelatore al germanio (HPGe) viene mantenuto alla temperatura dell’ azoto liquido (77 K) e qualunque operazione che lo riguardi viene eseguita esclusivamente dal personale del laboratorio.
a) b) c)
c) Sorgenti radioattive Le sorgenti radioattive le troverete gia’ inserite nelle postazioni di misura e opportunamente schermate con mattoni di piombo. Il Servizio di Radioprotezione dell’Universita’ verifica sempre che la dose collegata a tali sorgenti sia trascurabile per gli studenti. - Le sorgenti mobili di calibrazione saranno sempre ed esclusivamente maneggiate dal personale del laboratorio. - La presenza di sorgenti deve essere sempre segnalata da opportuni cartelli. - Le sorgenti sono conservate, quando non in uso, nella cassaforte.
- Nei laboratori dove sono conservate le sorgenti c’e’ il divieto di mangiare e bere.