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RIVELATORI A GAS PowerPoint PPT Presentation


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Seminario di Elettronica 2° Anno Specializzazione Fisica Sanitaria Prof. M. De Spirito. RIVELATORI A GAS. Claudia Dell’Omo Antonella Roggio. Finestra trasparente alla radiazione. Gas. -. +. -. +. Anodo. Catodo. Rivelatori a Gas. Rivelatori che misurano la ionizzazione prodotta

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RIVELATORI A GAS

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Presentation Transcript


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Seminario di Elettronica

2° Anno Specializzazione Fisica Sanitaria

Prof. M. De Spirito

RIVELATORI A GAS

Claudia Dell’Omo

Antonella Roggio


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Finestra trasparente alla radiazione

Gas

-

+

-

+

Anodo

Catodo

Rivelatori a Gas

Rivelatori che misurano la ionizzazione prodotta

dal campo di radiazione in un volume di gas nel quale sono immersi due

elettrodi conduttori.

Numero di coppie e- ione+prodotte:


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Gas di Riempimento

L’energia media spesa nella singola ionizzazione non dipende dall’energia della radiazione incidente né dal tipo di radiazione incidente ma solo dal tipo gas


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Velettroni(cm/s)

Vioni(cm/s)

Gas di riempimento

mobilità

Velocità di risposta elevata

velocità di deriva elevata

La velocità di deriva degli elettroni in un gas è molto più alta rispetto a quella degli ioni.

Gas aventi una bassa affinità elettronica


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Curva caratteristica

La tensione applicata agli elettrodi del rivelatore ne determina il funzionamentocome: Camera a ionizzazione, Camera proporzionale, Contatore Geiger-Muller.

D

A

C

saturazione

B


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Camere a ionizzazione

Le camere a ionizzazione possono essere realizzate di forme varie e diverse. Possono essere utilizzate per misurare qualsiasi tipo di radiazione direttamente o indirettamente ionizzante.

Elettrodo di guardia

Elettrodo di raccolta

L’anello di guardia (elettrodo ausiliario) riduce le distorsioni del campo elettrico ai confini della regione attiva. Definisce il volume di raccolta della carica liberata dalla ionizzazione.

Caratteristiche

  • Geometria piana o cilindrica

  • Gas a bassa affinità elettronica

G

G

A

Zona attiva

C


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Funzionamento in modo impulsivo

Funzionamento in DC

  • misura della corrente istantanea  intensità istantanea della radiazione

  • misura della carica raccolta in un T finito

  •  dato integrale relativo alla radiazione totale che ha interagito nel tempo T

  • misura dell’energia della radiazione incidente

Particella ionizzante

 Coppie di ioni derivano verso elettrodi

 Carica indotta sugli elettrodi

 V ai capi di R

 V max quando tutta la carica raccolta

 Ritorno alle condizioni di equilibrio (V0) con  =RC


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Funzionamento in modo impulsivo

RC ( ms) >> e, i

  • Tutti gli ioni vengono raccolti

  • Rivelatore può funzionare solo ad un rate molto basso

e< RC (s) < i

  • Ampiezza impulso dipende solo dalla deriva degli elettroni (tempi di salita e discesa più rapidi)

  • Rivelatore può funzionare con un rate più alto


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Energia assorbita dagli ioni+

Energia assorbita dagli e-

Energia iniziale

Energia rimanente

=

+

+

Segnale d’Uscita

V0/d

  • Circuito esterno >> e, i

  • Geometria della c.i. → E=V/d

  • Tutte le coppie degli ioni si formano alla stessa distanza x dal catodo dove V= E x

 2V0

VR


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raccolta totale della carica

Elettroni raggiungono anodo dopo tempo t-=x/v-;

Ioni raggiungono catodo dopo un tempo t+=(d-x)/v+

t  t -

t  t +

Porzione iniziale del segnale ha una salita lineare


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Caratteristiche

  • Geometria cilindrica

  • Gas a bassa affinità elettronica

Camere Proporzionali

Sfruttano il fenomeno della moltiplicazione a valanga

per amplificare la carica formatasi con la ionizzazione primaria

-

+

  • La carica totale raccolta è proporzionale alla ionizzazione primaria

  • Sono utilizzate per la rivelazione di radiazione di bassa energia (pochi KeV)

  • Il segnale d’uscita necessita di una minore amplificazione rispetto a quella usata per le c. i.

M= M (P,V,Gas)

M 102÷ 105


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Geometria cilindrica

Vantaggi

  • Valori di campo elevati sono raggiunti solo vicino all’anodo

    Regione di moltiplicazione confinata in una zona molto piccola del rivelatore (circa un cilindro compreso entro 5 raggi anodici).

  • A parità di E nella regione di moltiplicazione:

    ddpcilindrica < ddp piatti piani e paralleli

  • Moltiplicazione uniforme per tutte le coppie di primari.


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Sviluppo del segnale in una camera proporzionale

  •  tutte le cariche si originano nella regione di moltiplicazione:

    • Contributo ioni primari alla carica raccolta trascurabile.

    • tderiva , tmoltiplicazione

    • tderiva (s) >> tmoltiplicazione

    • Contributo all’impulso durante il tderiva è trascurabile

  • Moltiplicazione a pochi raggi dall’anodo

    • segnale di uscita generato da moto ioni positivi.

    • Inizialmente ioni positivi si muovono in campo elevato  moto rapido  parte rapida del segnale

    • Successivamente zona a raggio più grande  moto lento  parte lenta del segnale


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Es. a = 25, b = 1cm,  = 3

  -/+  0,02

il contributo del moto degli elettroni al segnale è del 2%


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Contatori Geiger - Muller

Sono utilizzati come contatori di radiazione e non in esperimenti di spettroscopia

Caratteristiche

  • Geometria cilindrica

  • Gas a bassa affinità elettronica

Processo di scarica (s)

Termina quando si è creata la stessa carica

Tutti gli impulsi hanno la stessa ampiezza

Contatore Geiger = Contatore di radiazione

M 106÷ 108


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Segnale elettrico che deriva dalla scarica è grande ( V)

Ampiezza impulso non necessita amplificazione

Basta una sola coppia primaria per dar luogo ad una scarica completa

Ampiezza impulso uscita non è misura della ionizzazione primaria


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!

Impulsi Multipli

e- provenienti dal catodo

Quenching

  • Caratteristiche gas Q

  • molecola complessa

  • Vion gas Q < Vion gas N

Miscela

Gas Nobile + Gas di Quenching

Ioni primari formati da gas N perdono energia per collisione prevalentemente con gas Q

Si formano ioni+ del gas Q

che quando arrivano al catodo si neutralizzano e l’energia in eccesso viene spesa per dissociare la molecola complessa del gas Q

piuttosto che per liberare un e- dal catodo

Non si formano ulteriori valanghe


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