Spettrometria alfa e studio della perdita di energia con rivelatori al silicio

Apparato sperimentale:

Sorgenti alfa

Serie di assorbitori di vari spessori

Rivelatore al silicio

Cameretta da vuoto e sistema di pompaggio

Elettronica e sistema di acquisizione dati

I nuclei radioattivi alfa (tipicamente nuclei pesanti) possono decadere particelle alfa con energie dell’ordine di alcuni MeV, con spettri a righe, corrispondenti ai livelli coinvolti dei nuclei residui.

Un esempio di schema di decadimento dell’234U e il corrispondente spettro in energia

Per rivelare particelle alfa con buona risoluzione energetica si possono adoperare rivelatori al silicio.

Lo spessore del rivelatore va scelto in relazione all’energia delle particelle da rivelare.

Ad esempio, alfa da 5 MeV hanno un range in Silicio di circa 25 micron.

Attività sperimentali

1. Misura dello spettro alfa e calibrazione in energia

Adoperando una sorgente “mixed” (presenza di diversi isotopi noti) misurare lo spettro in energia delle particella alfa emesse ed effettuare una calibrazione in energia dello spettro

Aspetti da considerare:

- Tempo di misura

- Identificazione picchi principali e

picchi satelliti

Isotopo

Energia (MeV)

Intensità (%)

Np-237 4.640 6,2

4.766 8

4.772 25

4.788 47

Am-241 5.388 1,4

5.443 12,8

5.486 85,2

Cm-244 5.763 23,3

5.805 76,7

Un esempio di spettro alfa misurato con la sorgente “mixed” e un rivelatore al silicio

Un altro esempio di spettro alfa misurato con la sorgente “mixed”: presenza del fondo all’inizio dello spettro

Esempio di retta di calibrazione

Calibrazione effettuata mediante impulsatore

L’utilizzo di un impulsatore consente di verificare la linearità della risposta dell’elettronica

2. Valutazione della risoluzione

Valutare dallo spettro in energia la larghezza a metà altezza di ciascun picco e stimare la risoluzione in energia (in percentuale e in valore assoluto).

Metodi possibili:

- Valutazione grafica della larghezza

- Fit gaussiano del picco

Analisi della forma di un picco

3. Valutazione dell’energia di una sorgente incognita

In base alla taratura effettuata con una sorgente “mixed”, valutare l’energia delle alfa emesse da una sorgente incognita.

4. Valutazione dell’attività della sorgente

Valutare l’attività della sorgente, in base alla distanza d tra sorgente e rivelatore e le dimensioni del rivelatore (raggio R).

Nell’ipotesi di sorgente puntiforme:

A = Rate misurato x (4 π d2 ) / (π R2 )

Se sorgente e rivelatore non sono puntiformi, l’angolo solido può essere valutato con metodi di simulazione

Sorgente Rivelatore

5. Studio della perdita di energia e degli effetti di straggling

Adoperando diversi assorbitori (ad esempio alcuni micron di Mylar), misurare lo spostamento dei picchi in energia e confrontarlo con la perdita di energia valutabile dalla formula di Bethe-Bloch.

Aspetti da considerare:

-Perdita di energia in un composto

-Effetti di straggling (allargamento dei picchi)

Un’analisi dei picchi da sorgente alfa “mixed” con diversi spessori di assorbitori

Un altro esempio di analisi dei dati di perdita di energia

E ancora un altro…