Spettroscopia gamma

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Spettro gamma dell'uranio.

La spettroscopia gamma è una tecnica spettroscopica dei radionuclidi.

Mentre un contatore Geiger determina solo il numero di particelle gamma che colpiscono il rivelatore al secondo, la spettroscopia gamma determina anche l'energia di tali particelle.

Gran parte delle sorgenti radioattive producono raggi gamma di varie energie e intensità. Raccogliendo i segnali di tali raggi si produce uno spettro di energia gamma. Un'analisi di questo spettro è tipicamente usata per determinare qualitativamente e quantitativamente gli emettitori gamma presenti nel campione, essendo ogni spettro gamma caratteristico di un particolare emettitore.[1]

Strumentazione di misura[modifica | modifica sorgente]

Le emissioni elettromagnetiche del campione sotto esame presentano energie da pochi keV a molti MeV e vengono rivelate in modo indiretto, generando impulsi elettrici di diversa ampiezza proporzionale all'energia della particella che colpisce il rivelatore. Essendo i raggi gamma estremamente penetranti, riescono facilmente ad attraversare il rivelatore senza interagire con questo; solo una parte di questi viene rivelata e ciò dipende dall'efficienza del sensore utilizzato. Gli impulsi elettrici generati vengono campionati con un convertitore analogico-digitale (ADC) e catalogati da un analizzatore multicanale (MCA) in base alla loro ampiezza. Si ottiene così lo spettro di emissione, cioè si registra quanti impulsi di una data energia sono stati generati dal campione.

Sensori a scintillazione[modifica | modifica sorgente]

La sonda di misura è costituita da un materiale scintillatore che, colpito dai raggi gamma, emette deboli lampi di luce visibile, infrarossi o ultravioletti con intensità proporzionale al raggio gamma incidente. Il materiale scintillatore - di solito un cristallo di NAI(Tl), CsI(Tl) o BGO[2] - è accoppiato ad un fotomoltiplicatore (PMT) che trasduce ogni fotone in un impulso elettrico proporzionale all'intensità luminosa. Dato che i fotomoltiplicatori sono sensibili anche alla luce ambientale, il complesso scintillatore/PMT deve essere racchiuso all'interno di un contenitore che schermi completamente la luce. Questi sensori hanno buone prestazioni anche a temperatura ambiente.

Sensori a semiconduttore[modifica | modifica sorgente]

Questi sensori sono costituiti da materiali semiconduttori che, interagendo con i raggi gamma, generano direttamente impulsi elettrici di ampiezza proporzionale alla particella da cui vengono colpiti. I materiali più utilizzati sono il germanio (Hyperpure or intrinsic germanium HpGe), il Tellururo di cadmio CdTe, il Tellururo di cadmio drogato con Zinco CdZnTe. Questi sensori presentano buone prestazioni a temperature sotto zero e quelli al germanio necessitano di essere raffreddati a temperature criogeniche.

Calibrazione[modifica | modifica sorgente]

Per analizzare un campione e quindi la sua radioattività, è necessario porre il materiale del quale non si conosce la composizione all'interno di un pozzetto realizzato in piombo allo scopo di schermare il più possibile la radioattività ambientale. All'inizio si esegue una misura con il pozzetto vuoto, in seguito inserendovi una sorgente di composizione ed attività note ed infine si esegue la misura sul solo campione da analizzare. Il fondo di radioattività naturale verrà quindi sottratto alla misura finale.

Spettrometria con scheda audio[modifica | modifica sorgente]

Gli impulsi elettrici da misurare e catalogare, se il campione in esame non ha un'attività troppo elevata, possono essere convertiti dal ADC della scheda audio di un personal computer. Questo perché gli impulsi da misurare devono essere tra loro sufficientemente distanziati nel tempo per poter essere correttamente campionati dall'ingresso audio di un PC. Una volta eseguita la conversione analogico/digitale, diversi software sono disponibili per effettuare la fase MCA di catalogazione degli impulsi e la visualizzazione dello spettro di emissione. Questo approccio permette di eseguire analisi anche a livello amatoriale.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Gilmore G, Hemingway J. Practical Gamma-Ray Spectrometry. (in Inglese), John Wiley & Sons, Chichester: 1995, ISBN 0-471-95150-1
  2. ^ Knoll, G. F. (2010). Radiation detection and measurement (in Inglese), John Wiley & Sons, ISBN 0-470-13148-9

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

chimica Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia