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Assorbimento dei Raggi X

Una delle prime proprietà dei raggi X che sono state esaminate è capacità dei raggi X di penetrare nella materia solida. È stato trovato che materiali come gas, legno e gomma assorbono relativamente pochi raggi X. Viceversa, anche fogli molto sottili di metalli pesanti come il piombo o il platino assorbono quasi tutti i raggi X che incidono su di essi. L’alluminio è un materiale con assorbimento intermedio di raggi X. Questo esperimento misurerà l’assorbimento dei raggi X da parte dell’alluminio. Questo assorbimento può essere approssimato da una legge esponenziale della forma:

I = I0 e−μl

dove
μ è il coefficiente di assorbimento
l è lo spessore dell’alluminio

Per i fogli di alluminio abbiamo utilizzato un nastro di alluminio dello spessore di 0,1 mm. sovrapponendo più di uno strato è possibile preparare fogli di diverso spessore, come mostrato nelle immagini sottostanti.

Per prendere le misure di assorbimento abbiamo usato il diffrattometro DIY con il tubo a raggi X ad anodo di Germanio, mettendo fogli di alluminio con spessore progressivamente maggiore davanti al collimatore e misurando l’intensità della radiazione trasmessa con il contatore geiger. L’immagine sotto mostra la configurazione.

Abbiamo fatto misurazioni con spessori di alluminio variabili da 0.1 mm a 2 mm, con due differenti voltaggi, 30 KV e 40 KV. Abbiamo inserito i dati (intensità vs spessore) in grafici con scala lineare e con scala logaritmica.

Risultati delle Misure per 30 KV – 100 μA

Risultati delle Misure per 40 KV – 100 μA

Dato che il valore Log(I/Io) è minore del valore esponenziale corretto, come si vede dai grafici, allora la intensità I deve essere responsabile per questa discrepanza e deve essere maggiore di quanto previsto dalla teoria; da questo si deduce che la radiazione x diventa più penetrante durante il suo passaggio nell’alluminio. Tenendo conto della legge di conservazione dell’energia questo si può spiegare considerando che il raggio primario non è composto da una sola lunghezza d’onda ma bensì è composto da una miscela di lunghezze d’onda distinte. Questo è simile alla luce bianca, per questo motivo la radiazione x non monocromatica viene chiamata radiazione “bianca”.

Quindi la radiazione x emessa dal tubo al Germanio non è monocromatica ma è composta da diverse lunghezze d’onda. Il coefficiente di assorbimento dei raggi x non è indipendente dalla lunghezza d’onda, così l’assorbimento dei raggi x non segue una semplice legge esponenziale. La discrepanza dalla legge esponenziale è più evidente per voltaggi elevati dato che in questo caso la radiazione x ha lunghezze d’onda più corte (raggi x duri o più energetici). Questo risulta chiaramente dalle due misurazioni : a 30 KV e a 40 KV.

La radiazione meno energetica, soft (lunghezza d’onda maggiore) viene progressivamente assorbita dall’alluminio in modo tale che la lunghezza d’onda media del fascio trasmesso diminuisce progressivamente. Accade così che il tipo della radiazione diventi sempre più duro all’aumentare dello spessore di alluminio attraversato.

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