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Radioattività Gamma (γ)

radioattivita

In fisica nucleare i raggi gamma (spesso indicati con la corrispondente lettera greca minuscola γ) sono una forma di radiazione elettromagnetica ad alta energia, prodotta dal decadimento gamma o da processi subatomici. I raggi gamma sono più penetranti della radiazione particellare prodotta dalle altre forme di decadimento, ovvero decadimento alfa e decadimento beta, a causa della minor tendenza ad interagire con la materia essendo essi fotoni, ma meno ionizzanti.

I raggi gamma si distinguono dai raggi X per la loro origine: i gamma sono prodotti da transizioni nucleari o comunque subatomiche, mentre gli X sono prodotti da transizioni energetiche dovute ad elettroni in rapido spostamento sui loro livelli energetici quantizzati. Poiché è possibile per alcune transizioni elettroniche superare le energie di alcune transizioni nucleari, i raggi x più energetici si sovrappongono ai raggi gamma più deboli.

Setup Sperimentale

Per la rilevazione della radiazione gamma è stato utilizzato il seguente tubo geiger :

lnd712

Sensore : Geiger tube LND-712
Sensibilità: 18 CPS/mR/h
Bkg: 0.10 CPS
Tensione di lavoro: 500 volt
Resistenza: 5.6 megaohm
Radiazioni: Alfa+Beta+Gamma

sensor
Immagine del Setup con sensore e sorgente

Assorbimento Radiazione Gamma nella materia

Quando un raggio gamma passa attraverso la materia, la probabilità di assorbimento è proporzionale allo spessore dello strato, la densità del materiale, e la cross-section di assorbimento del materiale. L’assorbimento totale mostra una diminuzione esponenziale di intensità al crescere della distanza dalla superficie incidente:

formula

dove x è la distanza dalla superficie incidente, μ = nσ è il coefficiente di assorbimento, misurata in cm-1, n il numero di atomi per cm3 del materiale (densità atomica) e σ la sezione trasversale di assorbimento in cm2. Come passa attraverso la materia, la radiazione gamma perde energia attraverso tre processi: l’effetto fotoelettrico, diffusione Compton e produzione di coppie.
assorbimento
Nella immagine sopra viene mostrato l’andamento del coefficiente di assorbimento totale per l’alluminio (numero atomico 13) per raggi gamma : è tracciata la curva di assorbimento totale e il contributo da parte dei tre effetti. Come al solito, l’effetto fotoelettrico è predominante a basse energie, la diffusione Compton domina ad energie intermedie e la produzione di coppie domina ad alte energie.

attenuation
Misura dell’attenuazione gamma per diversi spessori di piombo
assorbimentoGamma
Spettro Gamma del Cesio 137 senza schermo e con uno schermo da 20 mm di acciaio.Si nota come l’assorbimento è maggiore alle basse energie.

Legge del Quadrato della Distanza

All’attenuazione con uno schermo viene aggiunto l’effetto angolo solido, che è puramente geometrico e afferma che il numero di fotoni che colpiscono un bersaglio diminuisce in maniera proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente.

inversoQuadro
La legge dell’inverso del quadrato si applica in genere quando una forza, l’energia, o altra quantità conservata è uniformemente irradiata verso l’esterno da una sorgente puntiforme in uno spazio tridimensionale. Poiché la superficie di una sfera (4πr2) è proporzionale al quadrato del raggio, come la radiazione emessa si allontana dalla sorgente, si estende su una superficie che sta aumentando in proporzione al quadrato della distanza dalla fonte. Pertanto, l’intensità della radiazione che passa attraverso qualsiasi unità di superficie (direttamente di fronte alla sorgente puntiforme) è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente puntiforme.

inversoQuadroGrafico
Misura sperimentale delle diminuzione dell’intensità all’aumentare della distanza

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