Apparato Tel-X-Ometer

Recentemente abbiamo acquistato un’attrezzatura “vintage”, piuttosto vecchia ma perfettamente funzionante: è il diffrattometro a raggi X Tel-X-Ometer.
Un Tel-X-Ometer è un dispositivo per la diffrazione dei raggi X che viene utilizzato per rilevare l’assorbimento e la riflessione dei raggi X, in pratica uno spettrometro. Il dispositivo utilizza un tubo a raggi X con anodo di rame per produrre raggi X. Il Tel-X-Ometer ha due impostazioni per l’alta tensione: 20 KV e 30 KV. La corrente del filamento può anche essere regolata, al fine di variare la corrente dell’anodo, da 20 μA a un valore massimo di 80 μA, il valore normale è 50 μA.
Il dispositivo consente di montare il cristallo al centro del dispositivo per riflettere i raggi X per il rilevamento. Consente inoltre di montare numerosi filtri e collimatori in diverse posizioni numerate sul braccio del carrello mobile.

L’immagine sotto mostra l’equipaggiamento con le parti principali.

La base del dispositivo ha la scala graduata degli angoli, come un grande goniometro, e copre l’intera base circolare di 360°. La posizione minima del braccio del carrello è di 12° fino ad un massimo di 124° su ciascun lato. A causa della limitata sensibilità di questa scala, con il più piccolo intervallo di 1°, il braccio del carrello ha anche una scala in miniatura sulla sua punta che può essere azionata e calibrata con precisione mediante una rotella. Questo ha una sensibilità più alta, con un intervallo minimo di 10′.

Un contatore Geiger viene montato all’estremità del braccio del carrello che può essere ruotato attorno al punto di rotazione fisso al centro, consentendo di posizionarlo a vari angoli rispetto al raggio primario. In accordo alla legge di Bragg, il cristallo montato nel centro ruota ad un angolo incidente θ quando il braccio ruota con un angolo 2θ. Questo rapporto 1:2 dello spostamento angolare viene mantenuto dagli ingranaggi nel punto di rotazione centrale.
La zona sperimentale è coperta da uno schermo di plastica dello spessore di 4 mm contenente un’alta percentuale di cloro in modo da assorbire la radiazione diffusa. C’è anche un beamstop sul coperchio per assorbire i raggi del raggio diretto. Per motivi di sicurezza, lo schermo deve essere chiuso e bloccato per consentire l’emissione di raggi X.
Il tubo a raggi X è montato all’interno di una cupola di vetro al piombo trasparente, che assorbe i raggi X ad eccezione di quelli che passeranno attraverso la porta verso la zona sperimentale.
Sul pannello frontale c’è la manopola del timer elettrico, che varia da 0-55 min. Il filamento non può essere acceso a meno che non sia impostato il timer. C’è anche l’interruttore principale e il pulsante per attivare il tubo a raggi X. Le due lampadine sulla piastra principale segnalano l’accensione dello strumento e l’emissione di radiazione X.

Le immagini sotto mostrano lo strumento, con il contatore geiger all’interno del blocco di legno e un microamperometro per misurare la corrente dell’anodo. Il rilevatore di geiger è un tubo GM LND712, collegato a un sistema Theremino (Geiger Adapter più applicazione Theremino Geiger).

Nella immagine sopra vediamo l’alimentatore per il filamento, mostra 0.472 A, ed il micro-amperometro per misurare la corrente anodica che mostra 50 μA.

Per gli esperimenti di diffrazione il fascio di raggi X primario deve essere collimato, l’immagine sotto mostra il tubo a raggi X all’interno della cupola di vetro al piombo con il collimatore a fessura da 1 mm. Per la diffrazione la fessura deve essere montata verticalmente. C’è anche un altro collimatore con foro da 1 mm che è destinato ad essere utilizzato negli esperimenti di diffrazione di Laue.

L’immagine sotto mostra il dettaglio della “rotellina” per il controllo fine del goniometro. Il braccio mobile del goniometro termina all’esterno dello schermo con un controllo manuale in plastica arancione; le misure possono essere fatte in corrispondenza del cursore con una accuratezza di 10 minuti d’arco. Per ottenere una regolazione precisa del braccio di supporto, appoggiare la mano sulla flangia di base dell’attrezzatura o sul piano del banco e, utilizzando il pollice, ruotare la rotellina in alluminio zigrinata che sporge dal comando manuale.

L’emissione del tubo a raggi X è stata controllata con lo spettrometro XRF (descritto nel post Spettrometria XRF DIY). Il grafico sotto mostra lo spettro acquisito con la nostra sonda DIY, basata su di un sottile cristallo scintillatore CsI(Tl) accoppiato ad un PMT.
Alimentato alla tensione di 30 KV il tubo X-Ray con anodo in rame genera una forte emissione a circa 8 KeV, che corrisponde alle righe caratteristiche Kα e Kβ del rame, sovrapposte ad un continuo che raggiunge, più o meno, la massima tensione anodica.

L’apparato è arrivato con un ricco insieme di accessori. Prima di tutto ci sono quattro monocristalli allo scopo di effettuare esperimenti di diffrazione: LiF, NaCl, KCl, RbCl; ci sono tre tipi diversi di polveri cristalline : LiF, NaCl e MgO per effettuare diffrazione da polveri. Ci sono inoltre fibre, clips e collimatori. L’immagine sotto mostra questi accessori.

Gli accessori comprendono anche una camera Debye-Scherrer per lo studio della diffrazione da polveri, un regolo calcolatore per il reticolo reciproco ed un insieme di filtri e collimatori per l’esecuzione di varie attività sui raggi X come mostrato nella immagine sotto.

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