Sistema automatizzato per lo studio della fisica nucleare - multicanale automatizzato

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1 Sistema automatizzato per lo studio della fisica nucleare - multicanale automatizzato Premessa La comprensione dei fenomeni fisici che riguardano l energia atomica e nucleare è necessaria per condividere scelte di grande impatto sociale come la realizzazione di centrali nucleari. Abbiamo raccolto in questo progetto apparati che permettano agli insegnanti di affrontare in classe o nel laboratorio di scienze questo argomento. Nel progetto è stato inserito un apparato di fisica atomica e quantistica per la determinazione del rapporto carica / massa dell elettrone. E stato poi messo a punto un sistema per lo studio della fisica nucleare veramente innovativo che permette di eseguire molti importanti esperimenti come lo scattering Compton, produzione di coppie, assorbimento di gamma, attività di sorgenti radioattive, raggi X, misure di radioattività ambientale, raggi cosmici, ecc Per questo tipo di sistema normalmente vengono utilizzate sorgenti radioattive detenibili, tuttavia per consentire allo studente di lavorare in massima sicurezza è stato aggiunto un sistema di automazione progettato in modo tale da isolare le sorgenti radioattive e quindi evitare che l utente entri in contatto con le stesse. Il dispositivo consente poi di effettuare un controllo remoto dello strumento fino ad arrivare ad un controllo via web. In questo modo attraverso la rete è possibile effettuare sperimentazioni a grande distanza consentendo anche ad altre scuole l utilizzo dello spettrometro.

2 Presentazione Sistema di automazione per lo studio della fisica nucleare Progettato e realizzato con componenti e tecnologie industriali, il sistema di automazione costituisce un supporto completo per lo studio, ad alto contenuto, sulla sperimentazione di fenomeni della fisica nucleare. L automazione del processo che ne permette un controllo remoto è gestita da PLC associato ad un software di supervisione SCADA. Lo spettrometro nucleare analizza i campioni riportando i risultati delle misurazioni su pagine grafiche di un software dedicato. Descrizione del processo di analisi I quattro campioni da analizzare vengono collocati su una tavola rotante racchiusa in un magazzino schermato dotato di una porta scorrevole. Una volta avviato il processo un braccio manipolatore dotato di una ventosa ruota verso la tavola rotante prelevando il campione da analizzare. Preso il campione il braccio ruota fino a giungere sopra la cella predisposta all analisi. Il campione è depositato e il braccio si sposta in una posizione di fuori ingombro. Ha inizio l analisi per mezzo dello spettrometro nucleare. E possibile interporre tra lo spettrometro e il campione sei differenti filtri oppure è possibile avvicinare il campione allo strumento per ridurre il tempo di analisi. Terminata la misurazione il braccio provvederà a riporre il campione nella posizione iniziale di prelievo. Tutto il sistema è racchiuso in un involucro trasparente in policarbonato che costituisce una protezione e nello stesso tempo permette la vista di tutti i componenti costruttivi del sistema. Descrizione del controllo Web L isola automatizzata è stata sviluppata per essere collocata all interno di un aula di laboratorio. Il PLC montato a bordo può essere collegato ad un Rete Ethernet presente nell Istituto. Questo permette di controllare l automazione del processo da un qualsiasi PC collegato alla rete via Web Browser (p.e explorer o firefox). Abilitando il consenso dall esterno dell istituto all accesso del PLC è possibile controllare l automazione da un qualsiasi computer collegato alla rete internet.

3 Caratteristiche tecniche dettagliate SISTEMA PER LO STUDIO DELLA FISICA NUCLEARE mod. UCS-30 SISTEMA DI AUTOMAZIONE PER LO STUDIO DELLA FISICA NUCLEARE mod. AUT-F1/EV Il sistema messo a punto per lo studio della fisica nucleare permette di eseguire molti importanti esperimenti di fisica nucleare come lo scattering Compton, produzione di coppie, assorbimento di gamma, attività di sorgenti radioattive, raggi X, misure di radioattività ambientale, raggi cosmici, ecc Per questo tipo di sistema normalmente vengono utilizzate sorgenti radioattive detenibili, tuttavia per consentire allo studente di lavorare in massima sicurezza è stato aggiunto un sistema di automazione progettato in modo tale da isolare le sorgenti radioattive e quindi evitare che l utente entri in contatto con le stesse. Il dispositivo consente poi di effettuare un controllo remoto dello strumento fino ad arrivare ad un controllo via web. In questo modo attraverso la rete è possibile effettuare sperimentazioni a grande distanza consentendo anche ad altre scuole l utilizzo dello spettrometro.

4 UCS-30 Spettrometro per lo studio della fisica nucleare Lo spettrometro è costituito da un'unità centrale, con dimensioni di 33x22,9x6,3cm, da un cavo di collegamento tra l'unità e il computer e da un software. L'unità centrale integra, in uno scafo metallico schermato, le seguenti componenti: Un alimentatore stabilizzato, che può fornire una differenza di potenziale compresa tra 0V e 2500V con una corrente massima di 1mA. La tensione in uscita può essere variata con un passo di 5V; una catena preamplificatore - amplificatore, che può fornire un guadagno totale compreso tra 2x e 1000x; i discriminatori upper-level e lower-level; un convertitore analogico digitale, con clock da 80MHz, a 2048 canali (utilizzabile anche a, 1024, 512 e 256 canali); una memoria temporanea per i dati; un'interfaccia per collegamento con un computer, di tipo USB Il software, installato e fatto eseguire sul computer cui lo spettrometro è collegato, permette sia il controllo di tutte le funzionalità dello spettrometro stesso, sia la visualizzazione e l'analisi completa dei risultati delle misurazioni. Inoltre contiene una libreria di spettri standard di isotopi (ISOMACH) per permettere una facile identificazione degli isotopi presenti nei campioni sottoposti all'analisi. Le principali modalità di funzionamento del sistema sono: MCA per analisi di ampiezza d'impulso MCS per analisi temporali MSB per l'utilizzo con sistemi Mossbauer. AUT-F1/EV Sistema di automazione per lo studio della fisica nucleare Progettato e realizzato con componenti e tecnologie industriali, il sistema di automazione mod. AUT- F1/EV costituisce un supporto completo per lo studio, ad alto contenuto, sulla sperimentazione di fenomeni della fisica nucleare. L automazione del processo che ne permette un controllo remoto è gestita da PLC associato ad un software di supervisione SCADA. Lo spettrometro nucleare mod. UCS-30 analizza i campioni riportando i risultati delle misurazioni su pagine grafiche di un software dedicato. Descrizione del processo di analisi I quattro campioni da analizzare vengono collocati su una tavola rotante racchiusa in un magazzino schermato dotato di una porta scorrevole. Una volta avviato il processo un braccio manipolatore dotato di una ventosa ruota verso la tavola rotante prelevando il campione da analizzare. Preso il campione il braccio ruota fino a giungere sopra la cella predisposta all analisi. Il campione è depositato e il braccio si sposta in una posizione di fuori ingombro. Ha inizio l analisi per mezzo dello spettrometro nucleare. E possibile interporre tra lo spettrometro e il campione sei differenti filtri oppure è possibile avvicinare il campione allo strumento per ridurre il tempo di analisi. Terminata la misurazione il braccio provvederà a riporre il campione nella posizione iniziale di prelievo. Tutto il sistema è racchiuso in un involucro trasparente in policarbonato che costituisce una protezione e nello stesso tempo permette la vista di tutti i componenti costruttivi del sistema.

5 Descrizione del controllo Web L isola mod. AUT-F1/EV è stata sviluppata per essere collocata all interno di un aula di laboratorio. Il PLC montato a bordo può essere collegato ad un Rete Ethernet presente nell Istituto. Questo permette di controllare l automazione del processo da un qualsiasi PC collegato alla rete via Web Browser (p.e explorer o firefox). Abilitando il consenso dall esterno dell istituto all accesso del PLC è possibile controllare l automazione da un qualsiasi computer collegato alla rete internet. PROGRAMMA DI FORMAZIONE Il sistema mod. AUT-F1/EV può essere utilizzato con controllo remoto così come decritto precedentemente. Permette di compiere diversi esperimenti quali: Scattering Compton Produzioni di coppie Assorbimento di gamma Attività di sorgenti radioattive Raggi X Misure di radioattività ambientale Raggi cosmici DIMENSIONI Dimensione: 1000x1000x560 mm ALIMENTAZIONE ELETTRICA Monofase:115/230 Vac ±10% 50/60 Hz ALIMENTAZIONE PNEUMATICA Pressione: 5 bar MANUALI TEORICO-SPERIMENTALI Manuale teorico-sperimentale. PREZZO DI VENDITA: ,00 EURO + IVA 20%