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Backscattering di Particelle Beta

Introduzione

Quando una particella β (elettroni energetici provenienti da un decadimento nucleare) entra in un materiale il suo percorso può essere deflesso quando interagisce con i nuclei del materiale. Le particelle beta hanno carica opposta al nucleo il quale è carico positivamente e quindi esiste una forza di attrazione tra i due. Le deflessioni risultanti dipendono dall’energia iniziale delle particelle beta, ma l’effetto è di uno scattering generale delle particelle. Questo ha l’effetto di cambiare la direzione di una particella β di pochi gradi, ma occasionalmente se la particella β è opportunamente orientata rispetto al nucleo, la particella sarà deflessa con un angolo avente un valore di circa 180◦ conseguentemente la particella uscirà dal materiale dallo stesso lato in cui è entrata. Questo fenomeno è noto come backscattering. L’immagine sotto mostra lo schema di base della deflessione degli elettroni.

Setup

Come sorgente di particelle β abbiamo utilizato una sorgente didattica esente da licenza di 0,1 μCi dell’isotopo Stronzio 90. Come si vede dalla immagine sotto il decadimento beta dello stronzio 90 da luogo alla emissione di particelle beta con energia massima di 0,546MeV e di 2,28Mev.

Sr90Source

Predisponete un contatore Geiger con un tubo GM. Noi abbiamo utilizzato il modello LND 712 (α,β,γ) con un Theremino Geiger Adapter ed il software Theremino Geiger Counter.
Sorgente e Detector sono separati da uno schermo per fare in modo che il detector venga raggiunto soltanto dalle particelle β diffuse all’indietro dal campione, come illustrato nello schema seguente.

 Nelle immagini mostrate sotto si vedono il detector, la sorgente e la parte elettronica di acquisizione degli impulsi.

Risultati delle Misure

Prima di tutto viene fatta una valutazione del fondo senza nessun campione posto di fronte al detector, successivamente viene fatta la misura di conteggio con campioni di alluminio, ferro e piombo (numero atomico crescente). Il campione deve essere sufficientemente grande da coprire tutta la superfice davanti al detector ed alla sorgente. La misura ha una durata tale da raggiungere un errore statistico inferiore al 5%, questo si ottiene in genere con una durata di circa una ora.

Nei diagrammi riportati sotto vengono mostrati i risultati dei conteggi per i tre campioni.

Dai risultati presentati nei grafici sopra appare chiaro come il fenomeno del backscattering sia evidente nei materiali utilizzati come campioni; in particolare il backscattering aumenta di intensità al crescere del numero atomico del materiale.
Mettendo in grafico i conteggi rispetto al numero atomico del materiale si può notare un legame lineare tra l’intensità del backscattering ed il logaritmo del numero atomico Z del materiale.

Conclusioni

Il setup utilizzato, nella sua semplicità, si è dimostrato utile nell’investigazione del fenomeno del backscattering di particelle beta. Il software Theremino Geiger è risultato essere molto utile nel fare misure di precisione su intervalli di tempo prolungati. Lo studio può essere ulteriormente esteso sottoponendo a misura anche altri metalli oltre a quelli già presi in considerazione in modo da verificare il legame tra intensità del backscattering ed il numero atomico.

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