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Sorgenti di radiazione
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Radiazioni cariche
· particelle cariche pesanti (p, alfa, ioni pesanti)
· elettroni
Radiazioni neutre
· radiazione elettromagnetica (X, γ)
· neutroni
Radiazione cosmica secondaria (muoni, elettroni)Range energia di interesse:
Sorgenti radioattive ~ pochi eV – 107 eV (10 MeV)
Radiazione cosmica secondaria ~ MeV - ~ GeV
Capacità penetrazione radiazioni
Elettroni da sorgenti radioattive: alcuni mm di materiali
Particella alfa da sorgenti: alcuni cm di aria, ~100 μm materiali
Muoni cosmici: anche spessori dell’ordine del metro
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I nuclei stabili si dispongono nel piano (A,Z) leggermente al di sopra della linea N=Z
Al di fuori della regione di stabilità, esistono molti isotopi radioattivi
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Legge del decadimento radioattivo:
In un campione di N nuclei, il numero medio di nuclei che decade in un tempo dt è:
dN = - λ N dtλ = costante di decdimento
L’andamento del numero di nuclei ancora presenti al tempo t sarà dunque:
N(t) = N0 e-λ t
Τ = 1/λ = vita media
T1/2
= ln 2 /λ = tempo di dimezzamento
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Per le varie sostanze radioattive vite medie (e quindi tempi di dimezzamento) variano entro ampi limiti
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Isotopi radioattivi beta
Isotopo Vita media Max energy (MeV)
3H 12.26 y 0.0186
14C 5730 y 0.156
90Sr/90Y 27.7 y/64 h 0.546/2.27
99Tc 2.12 105 y 0.292
n -> p + e- + ν (A,Z) -> (A,Z+1)
p -> n + e+ + ν (A,Z) -> (A,Z-1)
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Il decadimento a 3 corpi nello stato finale produce uno spettro continuo degli elettroni
A causa dell’interazione Coulombiana gli spettri di elettroni e positroni sono leggermente shiftati
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Un esempio:
il decadimento doppio 90Sr/90Y
90Sr -> 90Y (beta-) Vita media = 27.7 anni Emax = 0.546 MeV
90Y -> 90Zr (beta-) Vita media = 64 ore Emax = 2.27 MeV
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Isotopi radioattivi alfa
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Isotopo Vita media Alpha Energy (MeV)
238U 4.5 x 109 y 4.196/4.149
239Pu 2.4 x 104 y 5.105/5.143/5.155
241Am 433 y 5.443/5.486
La struttura a righe di uno spettro di particelle alfa emesse da vari isotopi
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Isotopi radioattivi gamma
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Spettro gamma del 137Cs
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Spettro gamma del 60Co
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Spettro gamma di un campione contenente diversi isotopi emettitori gamma
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Uno spettro gamma misurato ad alta risoluzione con un rivelatore al germanio
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Sorgenti di fissione
Alcuni nuclei (pesanti) possono frammentarsi spontaneamente in 2 nuclei di massa intermedia (processo di fissione)
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Nel processo vengono emessi anche alcuni neutroni, che possono indurre la fissione di altri nuclei (fissione indotta), fino ad innescare anche una reazione a catena
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Vari modi di decadimento:
Decadimento alfa
Decadimento beta-
Decadimento beta+, E.C.
Stabile
Fissione spontanea
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Distribuzioni in massa ed energia dei due frammenti di fissione
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Sorgenti di raggi X
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Cu
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Radiazione cosmica
Un protone (o un nucleo più pesante) di altissima energia (fino e oltre 1020 eV) incide sull’atmosfera producendo una cascata di particelle secondarie.
Le particelle più penetranti in questo sciame sono i muoni, capaci di arrivare anche al livello del mare.
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Distribuzione in energia dei cosmici primari
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Distribuzione in energia dei muoni secondari
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Unità di misura e nomenclatura
Attività di una sorgente: 1 Bq = 1 disintegrazione/s
1 Ci = 3.7 x 1010 dis/s
(attività di 1 g di Radio 226)
Concetto di dose: Energia depositata/unità di massa
1 Gray (Gy) = 1J/ 1 kg
1 Gy = 100 rad
Concetto di dose equivalente:
(Fattore di qualità ) x (Dose)
1 Sievert (Sv) = (Fattore di qualità ) x 1 Gy
1 Sv = 100 rem
Quality factor ~1 per gamma e beta
~ 10 per protoni e neutroni veloci
~ 20 per alfa
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Dosi tipiche
Sorgenti naturali:
Radiazione cosmica 28 mrem/anno
Fondo naturale 26 mrem/anno
Radioattività interna al corpo: 26 mrem/anno
Sorgenti artificiali:
Radiografia: 100-200 mrem
Dipende da svariati fattori:
- Ad esempio, in alta montagna (2000-3000 m) la dose dovuta alla radiazione cosmica è doppia
- Il fondo naturale dipende dal tipo di terreno
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