Rivelatori di particelle
Ghibesi Francesca e Gervasoni Riccardo
go!
cos'è un rivelatore di particelle?
I rivelatori di particelle sono degli strumenti che quando vengono colpiti da una particella subatomica riescono a mostrare la traccia della particella , riuscendo così ad identificarla e classificarla.
fotoni
L'occhio rileva particelle:
Noi vediamo un oggetto perché viene colpito da fotoni che poi rimbalzano e vengono rivelati dal nostro occhio.
Come funziona un rivelatore?
Sono costituiti da un elemento attivo (con cui interagisce la radiazione) e sistema di lettura (che forma il segnale e lo invia all’acquisizione dati). tipi di particelle
da un decadimento radioattivo
dai raggi cosmici
dalla collisione di un acceleratore
Caratteristiche dei rivelatori
Rispostatipo di segnale prodotto. Spesso è un impulso di corrente la cui ampiezza è proporzionale all’energia rilasciata dalla particella.
Sensibilità capacità di produrre un segnale utile per un certo tipo di radiazione e di energia. Ogni rivelatore è sensibile ad un tipo di radiazione.
Risoluzionemisurare con precisione le grandezze coinvolte nell'interazione con le particelle, può variare a seconda del rivelatore
Efficienza probabilità che una particella incidente venga rilevata dal dispositivo
Tempo mortotempo necessario per formare il segnale dopo che è passata la particella. Aumenta quanto più è elevata la frequenza di arrivo delle particelle.
Camera a nebbia...
...nella storia
Grazie ad essa sono state fatte cruciali scoperte riguardo il microcosmo, e ha favorito uno sviluppo della teoria sulle particelle elementari
Nel tempo è stata riutilizzata, soprattutto nell' ingegneria nucleare per le radiazioni
Nasce nel 1911 grazie a Charles Wilson per studiare le tracce lasciate dalle particelle ionizzanti.
La scoperta di Rutherford
L'esperimento consiste nel bombardamento di particelle alfa su un foglio d'oro; la maggior parte attraversa senza deviazione, suggerendo che l'atomo è principalmente vuoto, alcune deviano, indicando la presenza di un nucleo denso e carico positivamente.
Questa scoperta fu fondamentale per comprendere la struttura atomica e per la scoperta della divisione delle molecole in atomi e particelle carche, utile per comprendere la funzione della ionizzazione nella camera a nebbia.
Come funziona?
1. La camera a nebbia contiene un ambiente supersaturo di vapore acqueo, generalmente attraversato da una corrente di aria o gas inerte.
2. Quando una particella carica attraversa la camera, essa ionizza le molecole di vapore d'acqua lungo il suo percorso. La particella strappa gli elettroni dagli atomi, creando ioni e liberando energia nel processo.
Come funziona?
4. La traccia è ora visibile nella camera a nebbia e può essere fotografata o studiata per determinare la natura e le proprietà della particella che l'ha generata.
3. Le molecole ionizzate attirano le molecole di vapore circostanti. Questo provoca la condensazione del vapore, formando minuscole gocce di liquido visibili come una traccia.
Come possiamo costruirne una?
Ci basta prendere una scatola di vetro, appoggiarla su uno strato di qualsiasi materiale coperto di ghiaccio secco, illuminarla da un lato, e generare particelle ionizzanti che vadano ad interagire con il vapore del ghiaccio secco.
Camera a bolle
La camera a bolle è un dispositivo di tracciamento ideato nel 1952 per rendere fotografabile il percorso di particelle ionizzanti.
La più famosa, al CERN di Ginevra con una capacità di 12.000 litri, chiamata Gargamelle
Come funziona?
Super-raffreddamento del liquido al di sotto del suo punto di ebollizione. Questo rende il liquido instabile
Ionizzazione quando una particella attraversa il liquido , lo ionizza . Gli atomi del liquido creano delle bolle di gas.
Come funziona?
Osservazione delle tracce
le tracce possono essere osservate e fotografate
Analisi delle tracce può fornire informazioni sulla carica, sulla massa e sulla velocità della particella
Rivelatore a scintillazione
Sviluppato negli anni '40, ha radici nella ricerca di nuove tecnologie per la rivelazione di particelle ionizzanti. Tra i pionieri vi è lo scienziato sir C. T. R. Wilson. Negli anni è diventato un elemento cruciale dalla ricerca nucleare alla medicina diagnostica.
Come funziona?
Sfrutta materiali che, quando colpiti da particelle ionizzanti, emettono breve luce, "scintillazione". Un cristallo viene utilizzato per massimizzare questa emissione luminosa.
Una particella carica attraversa il materiale e libera i fotoni che rivelati tramite fotomoltiplicatori. La quantità di luce emessa è proporzionale all'energia della particella incidente.
fotomoltiplicatore
E' composto da un cristallo o un materiale scintillante, un fotodiodo o un fotomoltiplicatore per rilevare la luce emessa, e un sistema di elettronica di lettura.
Come è costruito?
Camera proporzionale a multifili
Una camera proporzionale a multifili è un rivelatore di particelle in grado di misurare la traiettoria di una particella che interagisce con il gas
Ideato nel 1968 al CERN da Georges Charpak, ha valso al suo inventore il Premio Nobel per la fisica nel 1992.
Il rivelatore è formato da centinaia di fili metallici allineati, mantenuti ad alta tensione positiva, tra due piani metallici, paralleli ed equidistanti dal piano dei fili.
Come è costruita?
I fili funzionano da anodi (polo positivo), mentre i piani da catodi(polo negativo).
Come funziona?
1. Alta tensione tra i fili e la parete , ionizzando il gas . Questa crea un campo elettrico all'interno della camera.
2. Interazione con le particelle una particella carica ionizza gli atomi del gas, producendo coppie ione-elettrone. Gli elettroni prodotti vengono accelerati dal campo elettrico e creano ulteriori ionizzazioni lungo il loro percorso.
3. Amplificazione i fili attraggono a sé gli elettroni, e quando uno colpisce un filo, genera una cascata di elettroni
Come funziona?
4. Rivelamento del segnale la corrente generata dalla cascata di elettroni su ciascun filo viene rilevata e registrata.
5. Localizzazione della traccia la posizione in cui la particella ha attraversato la camera può essere determinata misurando la corrente su diversi fili.
Il contatore Geiger
Ideato nel 1928 da Hans Geiger e Ernest Marsden, ha rivoluzionato la rivelazione delle radiazioni ionizzanti.
Inizialmente per misurare la radioattività, divenne vitale durante la Seconda Guerra Mondiale per la sorveglianza nucleare.
Successivamente ha trovato applicazioni diffuse in medicina, ricerca scientifica e sicurezza nucleare.
Come funziona?
Al suo interno, contiene un tubo di Geiger-Muller, un cilindro isolato riempito con gas a bassa pressione.
Quando una particella ionizzante attraversa il tubo, essa genera una scarica elettrica, producendo brevi impulsi di corrente. Un elettrodo centrale rileva questi impulsi, e un circuito elettronico li amplifica, generando un segnale. Questo segnale viene contato e visualizzato sullo strumento.
Come è fatto?
Tipicamente è composto da un cilindro metallico con un elettrodo centrale. Il gas all'interno, spesso argon o neon, è mantenuto a bassa pressione. La finestra del tubo consente l'ingresso delle radiazioni e un circuito di conteggio elettronico registra gli impulsi di corrente generati dalle ionizzazioni.
FINE
GRAZIE PER L'ATTENZIONE
Presentazione Essenziale
FRANCESCA GHIBESI
Created on December 13, 2023
Start designing with a free template
Discover more than 1500 professional designs like these:
View
Smart Presentation
View
Practical Presentation
View
Essential Presentation
View
Akihabara Presentation
View
Pastel Color Presentation
View
Visual Presentation
View
Relaxing Presentation
Explore all templates
Transcript
Rivelatori di particelle
Ghibesi Francesca e Gervasoni Riccardo
go!
cos'è un rivelatore di particelle?
I rivelatori di particelle sono degli strumenti che quando vengono colpiti da una particella subatomica riescono a mostrare la traccia della particella , riuscendo così ad identificarla e classificarla.
fotoni
L'occhio rileva particelle:
Noi vediamo un oggetto perché viene colpito da fotoni che poi rimbalzano e vengono rivelati dal nostro occhio.
Come funziona un rivelatore?
Sono costituiti da un elemento attivo (con cui interagisce la radiazione) e sistema di lettura (che forma il segnale e lo invia all’acquisizione dati). tipi di particelle
da un decadimento radioattivo
dai raggi cosmici
dalla collisione di un acceleratore
Caratteristiche dei rivelatori
Rispostatipo di segnale prodotto. Spesso è un impulso di corrente la cui ampiezza è proporzionale all’energia rilasciata dalla particella.
Sensibilità capacità di produrre un segnale utile per un certo tipo di radiazione e di energia. Ogni rivelatore è sensibile ad un tipo di radiazione.
Risoluzionemisurare con precisione le grandezze coinvolte nell'interazione con le particelle, può variare a seconda del rivelatore
Efficienza probabilità che una particella incidente venga rilevata dal dispositivo
Tempo mortotempo necessario per formare il segnale dopo che è passata la particella. Aumenta quanto più è elevata la frequenza di arrivo delle particelle.
Camera a nebbia...
...nella storia
Grazie ad essa sono state fatte cruciali scoperte riguardo il microcosmo, e ha favorito uno sviluppo della teoria sulle particelle elementari
Nel tempo è stata riutilizzata, soprattutto nell' ingegneria nucleare per le radiazioni
Nasce nel 1911 grazie a Charles Wilson per studiare le tracce lasciate dalle particelle ionizzanti.
La scoperta di Rutherford
L'esperimento consiste nel bombardamento di particelle alfa su un foglio d'oro; la maggior parte attraversa senza deviazione, suggerendo che l'atomo è principalmente vuoto, alcune deviano, indicando la presenza di un nucleo denso e carico positivamente.
Questa scoperta fu fondamentale per comprendere la struttura atomica e per la scoperta della divisione delle molecole in atomi e particelle carche, utile per comprendere la funzione della ionizzazione nella camera a nebbia.
Come funziona?
1. La camera a nebbia contiene un ambiente supersaturo di vapore acqueo, generalmente attraversato da una corrente di aria o gas inerte.
2. Quando una particella carica attraversa la camera, essa ionizza le molecole di vapore d'acqua lungo il suo percorso. La particella strappa gli elettroni dagli atomi, creando ioni e liberando energia nel processo.
Come funziona?
4. La traccia è ora visibile nella camera a nebbia e può essere fotografata o studiata per determinare la natura e le proprietà della particella che l'ha generata.
3. Le molecole ionizzate attirano le molecole di vapore circostanti. Questo provoca la condensazione del vapore, formando minuscole gocce di liquido visibili come una traccia.
Come possiamo costruirne una?
Ci basta prendere una scatola di vetro, appoggiarla su uno strato di qualsiasi materiale coperto di ghiaccio secco, illuminarla da un lato, e generare particelle ionizzanti che vadano ad interagire con il vapore del ghiaccio secco.
Camera a bolle
La camera a bolle è un dispositivo di tracciamento ideato nel 1952 per rendere fotografabile il percorso di particelle ionizzanti.
La più famosa, al CERN di Ginevra con una capacità di 12.000 litri, chiamata Gargamelle
Come funziona?
Super-raffreddamento del liquido al di sotto del suo punto di ebollizione. Questo rende il liquido instabile
Ionizzazione quando una particella attraversa il liquido , lo ionizza . Gli atomi del liquido creano delle bolle di gas.
Come funziona?
Osservazione delle tracce
le tracce possono essere osservate e fotografate
Analisi delle tracce può fornire informazioni sulla carica, sulla massa e sulla velocità della particella
Rivelatore a scintillazione
Sviluppato negli anni '40, ha radici nella ricerca di nuove tecnologie per la rivelazione di particelle ionizzanti. Tra i pionieri vi è lo scienziato sir C. T. R. Wilson. Negli anni è diventato un elemento cruciale dalla ricerca nucleare alla medicina diagnostica.
Come funziona?
Sfrutta materiali che, quando colpiti da particelle ionizzanti, emettono breve luce, "scintillazione". Un cristallo viene utilizzato per massimizzare questa emissione luminosa.
Una particella carica attraversa il materiale e libera i fotoni che rivelati tramite fotomoltiplicatori. La quantità di luce emessa è proporzionale all'energia della particella incidente.
fotomoltiplicatore
E' composto da un cristallo o un materiale scintillante, un fotodiodo o un fotomoltiplicatore per rilevare la luce emessa, e un sistema di elettronica di lettura.
Come è costruito?
Camera proporzionale a multifili
Una camera proporzionale a multifili è un rivelatore di particelle in grado di misurare la traiettoria di una particella che interagisce con il gas
Ideato nel 1968 al CERN da Georges Charpak, ha valso al suo inventore il Premio Nobel per la fisica nel 1992.
Il rivelatore è formato da centinaia di fili metallici allineati, mantenuti ad alta tensione positiva, tra due piani metallici, paralleli ed equidistanti dal piano dei fili.
Come è costruita?
I fili funzionano da anodi (polo positivo), mentre i piani da catodi(polo negativo).
Come funziona?
1. Alta tensione tra i fili e la parete , ionizzando il gas . Questa crea un campo elettrico all'interno della camera.
2. Interazione con le particelle una particella carica ionizza gli atomi del gas, producendo coppie ione-elettrone. Gli elettroni prodotti vengono accelerati dal campo elettrico e creano ulteriori ionizzazioni lungo il loro percorso.
3. Amplificazione i fili attraggono a sé gli elettroni, e quando uno colpisce un filo, genera una cascata di elettroni
Come funziona?
4. Rivelamento del segnale la corrente generata dalla cascata di elettroni su ciascun filo viene rilevata e registrata.
5. Localizzazione della traccia la posizione in cui la particella ha attraversato la camera può essere determinata misurando la corrente su diversi fili.
Il contatore Geiger
Ideato nel 1928 da Hans Geiger e Ernest Marsden, ha rivoluzionato la rivelazione delle radiazioni ionizzanti.
Inizialmente per misurare la radioattività, divenne vitale durante la Seconda Guerra Mondiale per la sorveglianza nucleare.
Successivamente ha trovato applicazioni diffuse in medicina, ricerca scientifica e sicurezza nucleare.
Come funziona?
Al suo interno, contiene un tubo di Geiger-Muller, un cilindro isolato riempito con gas a bassa pressione.
Quando una particella ionizzante attraversa il tubo, essa genera una scarica elettrica, producendo brevi impulsi di corrente. Un elettrodo centrale rileva questi impulsi, e un circuito elettronico li amplifica, generando un segnale. Questo segnale viene contato e visualizzato sullo strumento.
Come è fatto?
Tipicamente è composto da un cilindro metallico con un elettrodo centrale. Il gas all'interno, spesso argon o neon, è mantenuto a bassa pressione. La finestra del tubo consente l'ingresso delle radiazioni e un circuito di conteggio elettronico registra gli impulsi di corrente generati dalle ionizzazioni.
FINE
GRAZIE PER L'ATTENZIONE