Baldin Boris Liceo della Comunicazione "Maria Ausiliatrice" di Padova (PD) Trevisanello Enrico Istituto "P. Scalcerle" di Padova (PD) Finozzi

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1 Baldin Boris Liceo della Comunicazione "Maria Ausiliatrice" di Padova (PD) Trevisanello Enrico Istituto "P. Scalcerle" di Padova (PD) Finozzi Francesco ITIS "De Pretto" di Schio (VI)

2 Scopo: Verificare e confrontare la risposta di vari scintillatori organici in funzione della loro composizione chimica, ottimizzandone la resa di luce (efficienza quantica) nella rivelazione di particelle α, neutroni e raggi γ.

3 Gli scintillatori studiati sono quelli siliconici formati da un polimero organico basato su una resistente catena silicio e ossigeno: emettono luce (fotoni) per fluorescenza in seguito all energia depositata che rilasciano le radiazioni quando li attraversano.

4 Per essere un buon scintillatore il materiale deve avere uno spettro di assorbimento spostato rispetto allo spettro di emissione. La luce prodotta dallo scintillatore siliconico però ha lunghezza d onda troppo bassa (circa 350 nm) per poter essere rilevata con efficienza da un fotomoltiplicatore standard, quindi si aggiungono delle molecole (wavelenght shifter) cheassorbonolaluceemessadallo scintillatore riemettendola a lunghezza d onda maggiore (circa 450 nm). ASSORBIMENTO EMISSIONE Spettro di emissione della matrice siliconica con aggiunte di PPO in diverse percentuali

5 Allo scintillatore viene accoppiato un fotomoltiplicatore cherivelaifotoni incidenti e produce (effetto fotoelettrico nel fotocatodo) un segnale elettrico proporzionale (moltiplicazione degli elettroni primari sui dinodi) al loro numero. Lo spettro di efficienza quantica del fotocatodo deve ben accoppiarsi allo spettro di emissione dello scintillatore per massimizzare la resa di luce del sistema.

6 Il segnale in uscita dal fotomoltiplicatore viene inviato ad uno Spectroscopy Amplifier (Camberra 2024) che attraverso opportune operazioni di integrazione e differenziazione del segnale stesso lo forma eloamplifica. L ampiezza del segnale in uscita rimane proporzionale all energia rilasciata nello scintillatore ed ha una forma pressoché gaussiana con larghezza pari a due volte il tempo di formazione (shaping time) nel nostro caso lo shapingtime=0.25ns(la nostra scelta dipende dalla velocità nella formazione della luce e della raccolta della carica del sistema scintillatore- fotomoltiplicatore). Il segnale in uscita dall amplificatore viene mandato ad un ADC (convertitore analogico digitale) che converte lo in un segnale digitale e lo salva nel PC per la successiva analisi. Il valore in bit del segnale digitale è proporzionale all ampiezza massima di quello di ingresso, cosicchè accumulando i diversi segnali corrispondenti ad una fase di misura si ottiene uno spettro monodimensionale. Lo spettro riproduce cosi la distribuzione in energia degli eventi di sorgente che hanno prodotto luce nello scintillatore.

7 sorgenti di radiazioni scintillatori fotomoltiplicatore spettro elettronica

8 Numero di conteggi E aria ( 241 Am)~5 MeV FWMH α Le particelle α ( 241 Am) si muovono in modo relativamente lento nel materiale, interagendo molto e cedendo tutta la loro energia allo scintillatore in poco spazio (pochi micron). Emax( 60 Co)=980 kev Resa in luce (canali) Picco Compton γ I raggi γ ( 60 Co, 137 Cs) sono molto penetranti e cedono solo una parte della loro energia per effetto Compton allo scintillatore (Emax=0.95 Einiziale).

9 Resa in luce con particelle alfa (Americio 241)

10 S. 1 1 S. 1 2 S. 1 3 S. 2 1 S. 2 2 S. 2 3 S. 2 4 S. 2 5 S. 2 6 S. 2 7 S. 2 8 S. 2 9 S. 3 1 S. 3 2 S. 3 3 S. 3 4 S. 3 5 S. 3 6 S. 3 7 S. 3 8 S. 3 9 S S S S. 4 1 S. 4 2 S. 4 3 S. 5 3cm S. 6 1 S. 6 2 S. 6 3 S. 6 4 S. 6 5 S. 6 6 S. 6 7 S. 7 1 S. 7 2 S. 7 3 S. 7 4 S. 7 5 S. 7 6 S. 7 7 S. 7 8 S. 7 9 S S. 8 1 S. 8 2 S. 8 3 S. 8 4 (1) 100,0% 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Resa in luce con particelle gamma (Cobalto 60)

11 80,00% Particelle alfa scintillatori senza boro 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% PPO(%)1 e 0,01 PPO(%)1 e 0,015 PPO(%)1 e 0,02 PPO(%)1 e 0,03 80,00% PPO(%)1 e 0,04 PPO(%)2 e 0,01 PPO(%)2 e 0,02 PPO(%)2 e 0,04 Particelle alfa scintillatori con boro 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% PPO(%)1 e 0,02 e B(%) 1 PPO(%)1 e 0,02 e B(%) 2 PPO(%)1 e 0,02 e B(%) 3 PPO(%)1 e PPO(%)1 e 0,02 e B(%) 4 0,02 e B(%) 5

12 70,00% 60,00% Radiazioni gamma campione nuovo 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% Radiazioni gamma 10,00% 0,00% PPO(%)1 e LV(%) 0,04 PPO(%)1 e LV(%) 0,04 PPO(%)1 e LV(%) 0,04 PPO(%)1 e LV(%) 0,04

13 Conclusioni - Buona risposta in generale per i raggi γ (60-70% di resa in luce rispetto al campione standard). - Risposta alle particelle α molto sensibile alle condizioni della superficie di ingresso. In generale l andamento è compatibile con i raggi γ, per i campioni ben riusciti: la loro resa è però relativamente inferiore e cioè attorno al 50% rispetto all EJ A parità di chimica alcuni campioni si comportano meglio: problemi di formazioni delle bolle o ingiallimenti possono portare all esclusione del campione come rivelatore utilizzabile.