caratterizzazione dei campioni a cura di studenti:
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Modulo n. 5 -STAGE AI LNL Estate 2010- STUDIO 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: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Modulo n. 5 -STAGE AI LNL Estate 2010-STUDIO 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 DIStudenti:
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 scintillazioneScintillatoriFotomoltiplicatoriRaggi g e particelle aLa 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.
DINODI
ANODO
FOTOCATODO
LA NOSTRA ESPERIENZA
OBIETTIVI: • Cercare di capire quale scintillatore ha la RESA di luce
maggiore e la risoluzione migliore. • 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
Picco Compton
Spettri con sorgente γ
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 Percentuale mese
scorso Percentuale oggi
CampioneMese scorso Oggi
PosizioneFWHM
(Full Width Half Maximum )
PosizioneFWHM
(Full Width Half Maximum )
EJ212 (senza Boro) 2142 332 1583 256 100 100
EJ254 (5% Boro) 1437 291 967 218 67,1 61,1
24-05-10_01 (4% Boro) 1061 285 522 162 49,5 33,0
24-05-10_02 (5% Boro) 907 248 457 103 42,3 28,9
24-05-10_03 (6% Boro) 1026 269 435 124 47,9 27,5
12-05-10_01 (PPO=1.5% LV=0.01%)
708 194 736 180 33,1 46,5
12-05-10_02 (PPO=1% LV=0.01%) 727 198 730 205 33,9 46,1
16-05-10_01 (PPO=1% LV=0.02%) 1223 316 691 199 57,1 43,7
16-05-10_02 (PPO=1% LV0.03%) 1169 300 669 215 54,6 42,3
RISULTATI Cobalto Percentuale mese
scorso Percentuale oggi
CampioneMese scorso Oggi
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
24-05-10_01 (4% Boro) 2613 3464 1206 1877 75,9 46,4
24-05-10_02 (5% Boro) 2290 3243 1375 1833 71,1 45,4
24-05-10_03 (6% Boro) 2523 3685 1065 1549 80,8 38,3
12-05-10_01 (PPO=1.5% LV=0.01%)
2087 2918 1751 2426 63,9 60,0
12-05-10_02 (PPO=1% LV=0.01%)
1991 2816 1556 2340 61,7 57,9
16-05-10_01 (PPO=1% LV=0.02%)
2832 4059 1550 2314 89,0 57,3
16-05-10_02 (PPO=1% LV0.03%) 2938 3973 1890 2268 87,1 56,1
0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.0350
500
1000
1500
2000
2500
Serie 16-06-10 LVserie 16-06-10 LBSerie 17-06-10 LVSerie 17-06-10 LB
% drogaggio
Resa di luce
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.
LV
LB
ANDAMENTO DELLE RESE DI LUCE CON I RAGGI g
0.018 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.0320
100
200
300
400
500
600
700
800 Concentrazione LB - Serie 16-06-10Concentrazione LV Serie 17-06-10Concentrazione LB Serie 17-06-10Concentrazione LV - serie 16-06-10
% drogaggio
Resa di luce
Anche utilizzando come sorgente l’ 241Americio, è evidente come il LV abbia, comunque, una resa maggiore rispetto al LB.
ANDAMENTO DELLE RESE DI LUCE CON I RAGGI a
Sorgente: 60Co
Sorgente:241Am
0 1 2 3 4 5 6 70
20
40
60
80
100
120
Andamento giugnoAndamento Maggio
% Boro
Res
a re
lativ
a
0 1 2 3 4 5 6 70
20
40
60
80
100
120 Andamento GiugnoAndamento Maggio
% Boro
Resa
rela
tiva
GRAZIE PER L’ATTENZIONE...